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为解决 AKT1 相关药物研发难题，研究人员探究其结构与激活机制，为靶向治疗提供依据。
在细胞的微观世界里，信号传导如同精密的交响乐，掌控着细胞的生死、增殖与代谢。AKT1，作为丝氨酸 / 苏氨酸激酶（serine/threonine kinase）家族的关键成员，在这场 “交响乐” 中扮演着举足轻重的角色。它参与的信号通路对细胞的存活、增殖和代谢调控至关重要，一旦出现异常，就如同乐章走调，会引发包括癌症、糖尿病和神经退行性疾病等一系列严重问题。然而，尽管 AKT1 如此重要，科研人员在探索其奥秘的道路上却困难重重。一方面，缺乏 AKT1 活性状态下的全长晶体结构，使得对其精确结构的分析举步维艰；另一方面，现有研究对 AKT1 的了解还不够深入，这严重阻碍了相关药物的研发进程。因此，深入探究 AKT1 的结构和激活机制，成为了生命科学领域亟待攻克的难题。
为了破解这一难题，来自印度马尼帕尔高等教育学院（Manipal Academy of Higher Education）等机构的研究人员 B. Harish Kumar、Shama Prasada Kabekkodu 和 K. Sreedhara Ranganath Pai 展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Molecular Diversity》杂志上，为理解 AKT1 的功能和开发相关靶向治疗药物提供了重要依据。
研究人员在本次研究中，主要运用了多种结构分析技术和生物信息学方法。结构分析技术方面，借助已有的晶体结构数据，对 AKT1 的不同结构域进行深入剖析，探究其在不同状态下的结构特征；生物信息学方法上，利用 AlphaFold 预测的 AKT1 结构进行分析，同时通过预测局部距离差异测试（pLDDT）和预测对齐误差（PAE）等指标，评估预测结构的可靠性。
AKT1 的结构解析
AKT1 属于 AGC 激酶家族，拥有三个重要结构域：PH 结构域（pleckstrin homology domain）、激酶结构域和 C 末端尾。PH 结构域由约 120 个氨基酸组成，能够与磷脂酰肌醇 - 3,4,5 - 三磷酸（PIP3）或磷脂酰肌醇 - 3,4 - 二磷酸（PIP2）结合，在将 AKT1 招募到质膜的过程中发挥关键作用。激酶结构域可进一步分为 N - 叶和 C - 叶，包含多个关键亚结构域和基序，如 ATP 结合的甘氨酸富集环、DFG 基序等，这些结构对于 AKT1 的催化活性至关重要。C 末端尾含有 FPQFSY 疏水基序，该基序的磷酸化对 AKT1 的完全激活必不可少。
AKT1 的激活机制
AKT1 的激活是一个复杂而有序的过程。在初始状态下，AKT1 处于非活性状态，其 PH 结构域与激酶结构域相互作用，使 DFG 基序呈 DFG-out 构象，阻挡了 ATP 的结合位点。当细胞接收到激活信号，如 PI3K 激活，PIP3在质膜上产生。AKT1 的 PH 结构域与 PIP3结合，促使 AKT1 发生膜转位，并使 PH 结构域从激酶结构域上移开，转变为 PH-out 构象，同时 DFG 基序转变为 DFG-in 构象。随后，ATP 结合到激酶结构域，诱导其 N - 叶和 C - 叶从开放状态转变为闭合状态，为催化反应做好准备。在这之后，3 - 磷酸肌醇依赖性蛋白激酶 1（PDK1）将激活环上的 Thr308磷酸化，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物 2（mTORC2）将疏水基序中的 Ser473磷酸化。这双重磷酸化进一步稳定了 AKT1 的活性构象，使其能够高效地将 ATP 的 γ- 磷酸基团转移到底物上，完成信号传导。
AlphaFold 预测结构的局限性
AlphaFold 是一种强大的蛋白质结构预测工具，但在预测 AKT1 结构时仍存在局限性。其预测结构中缺少 ATP、镁离子、底物肽以及 Thr308和 Ser473的磷酸化等关键元素，这些元素对于稳定 AKT1 的活性构象和促进底物磷酸化至关重要。此外，AlphaFold 预测的 PH 结构域未处于 PH-out 构象，且一些关键残基的位置也存在偏差。这些局限性表明，在利用 AlphaFold 预测结果进行药物研发等应用时，需要谨慎对待并进行进一步的实验验证。
研究结论与展望
通过对 AKT1 结构和激活机制的深入研究，研究人员明确了 AKT1 活性构象所需的关键特征，为后续研究提供了重要基础。然而，目前仍面临诸多挑战，如缺乏 AKT1 活性构象的全长晶体结构、对 AKT2 和 AKT3 等其他亚型的研究不足、现有 AKT 激活剂存在特异性差和生物利用度低等问题。未来的研究应聚焦于解析 AKT1 与已知激活剂结合时的结构，运用冷冻电镜（Cryo-EM）和核磁共振光谱（NMR spectroscopy）等先进技术获取高分辨率结构，同时优化 AlphaFold 预测结构，纳入缺失的关键元素，并开展更多关于 AKT 亚型的研究，以推动 AKT1 相关靶向治疗药物的开发，为治疗癌症、糖尿病和神经退行性疾病等提供新的策略和希望。
