山东大学Cell Res解析重要信号调控机制

　　

生物通报道  来自山东大学医学院的研究人员发现，磷酸酶PTPN18的催化区和PEST结构域分别调控了HER2的磷酸化和泛素化条码（barcode）。研究结果发表在8月1日的《细胞研究》（Cell Research）杂志上。

山东大学医学院的于晓（Xiao Yu）教授和孙金鹏（Jin-Peng Sun）教授是这篇论文的共同通讯作者。于晓教授的研究方向主要在糖尿病的分子机制研究。孙金鹏教授则主要是应用多种生物学方法，对包括蛋白质酪氨酸磷酸酶（PTP）和G蛋白偶联受体（GPCR）在内的重要靶点蛋白进行结构和功能研究。

对生长因子的不当反应会驱动细胞生长及转化，其在人类疾病的发生和发展中发挥至关重要的作用。在上世纪80年代早期一些有关生长因子作用的研究导致发现了酪氨酸磷酸化和受体酪氨酸激酶家族，其中包括一些表皮生长因子（EGF）和胰岛素受体。在克隆EGF激活受体过程中，研究人员鉴别出了人类HER2。由于HER2过表达预示着乳腺癌、卵巢癌、胃癌以及其他一些癌症的预后不良，当前HER2受到了广泛的关注。以HER2为焦点投入的不懈努力导致了第一种靶向性抗酪氨酸激酶疗法：曲妥珠单抗（Trastuzumab）。这种药物已在转移性乳腺癌和卵巢癌治疗中取得显著的成果（延伸阅读：Nature子刊：治疗HER2阳性乳腺癌的新方法 ）。

HER2通常被视作是一种孤儿受体。在一些生长因子的作用下，HER2可与EGFR家族其他成员二聚化，启动下游细胞信号。HER2异二聚化促进了两个EGFR成员激酶结构域之间的不对称相互作用，导致了激酶活性增高以及HER2 C-末端胞质区特异性酪氨酸磷酸化和泛素化。近期的一些研究表明，HER2 C-末端的磷酸化和泛素化调控了一些重要的细胞功能，例如细胞存活、增殖、极性、迁移和蛋白质降解等。

有研究报道发现PTPN18是HER2的一种磷酸酶，但对于其调控HER2信号的确切机制却尚未完全了解。在这篇新文章中，研究人员证实PTPN18通过限定HER2的磷酸化和泛素化条码，调控了HER2介导的各种细胞功能。通过确定酶学特征以及PTPN18与HER2磷肽复合物的晶体结构，他们揭示出了PTPN18与特异性HER2磷酸化位点识别的分子基础。

研究人员发现，PTPN18一些独特的结构特征促成了对HER2下游亚细胞磷酸化网络的调控。他们证实PTPN18的催化区通过使得HER2 pY1112位点去磷酸化，阻断了溶酶体途经，延迟了HER2降解。而PTPN18的PEST结构域通过蛋白酶体信号通路和一个HER2负反馈环，促进了HER2 K48泛素化和快速的破坏。与PTPN18在HER2信号中发挥负调控作用相一致，研究人员发现HER2/PTPN18比值与乳腺癌分期相关。

新研究揭示出了选择性HER2去磷酸化的结构基础，从前未知的一种HER2降解机制，以及PTPN18 PEST结构域的新功能。发现PEST结构域在泛素化中的这一新调控作用，将拓宽我们对于包含PEST结构域的其他重要磷酸酶，例如LYP和PTPN12的功能认识。

（生物通：何嫱）

作者简介：

于晓教授，现任山东大学生理学研究所教授、副所长、博士生导师、齐鲁青年学者、山东齐鲁医院兼职教授。研究方向主要在糖尿病的分子机制研究，联合酶学，膜片钳电生理，细胞钙成像，蛋白结构等多种手段，尤其关注胰岛中细胞环路和转分化的研究，以及膜受体在其中所起作用。目前作为课题负责人主持国家自然科学基金2项、教育部新世纪优秀人才支持计划、山东大学自主创新基金杰青培育专项等多项科研项目，参加首届科技部青年科学家计划。于晓教授已在本领域的国际权威学术刊物上，如PNAS、J.Biol.Chem、J. Neurosci、J. Physiol、Diabetes, JACS，AJPCP等发表了20多篇学术论文，在国内外获得过多次奖励，目前担任“慢性退行性疾病的蛋白质科学”山东省“十二五”高校重点实验室主任。

孙金鹏教授，山东大学分子与生物化学研究所教授、副所长、博士生导师、齐鲁青年学者、山东省立医院兼职教授。实验室目前的研究主要是应用多种生物学方法,包括分子生化酶学手段,化学生物学与结构生物学方法,结合细胞实验和动物模型,对占临床处方药的40%的重要靶点蛋白，包括蛋白质酪氨酸磷酸酶（PTP）和G蛋白偶联受体（GPCR）的结构与功能进行研究，并进一步进行药靶评估，药物筛选，疾病相关的基因突变的功能性鉴定。实验室目前关注的疾病包括糖尿病，老年痴呆，帕金森氏疾病，重症肌无力和自身免疫性疾病的研究。到山东大学以来,研究领域扩展到癌症的药物靶标研究。孙金鹏教授也在国际杂志上，如J.Biol.Chem、PNAS、Biochemistry、Nature Biotechnology、Nature Chemical Biology、J. Mol. Neurosci等杂志发表20余篇文章，目前作为课题负责人主持国家自然科学基金2项、山东省中青年奖励计划等多项科研项目。

生物通推荐原文摘要：

The catalytic region and PEST domain of PTPN18 distinctly regulate the HER2 phosphorylation and ubiquitination barcodes

The tyrosine phosphorylation barcode encoded in C-terminus of HER2 and its ubiquitination regulate diverse HER2 functions. PTPN18 was reported as a HER2 phosphatase; however, the exact mechanism by which it defines HER2 signaling is not fully understood. Here, we demonstrate that PTPN18 regulates HER2-mediated cellular functions through defining both its phosphorylation and ubiquitination barcodes. Enzymologic characterization and three crystal structures of PTPN18 in complex with HER2 phospho-peptides revealed the molecular basis for the recognition between PTPN18 and specific HER2 phosphorylation sites, which assumes two distinct conformations. Unique structural properties of PTPN18 contribute to the regulation of sub-cellular phosphorylation networks downstream of HER2……