山东大学Cell子刊聚焦肿瘤抑制因子

　　

生物通报道   来自山东大学医学院的研究人员在新研究中，揭示出了肿瘤抑制因子PTPN12的晶体结构与底物特异性。研究结果发布在5月10日的《Cell Reports》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。

2014年，于晓和孙金鹏教授领导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Cell Research杂志上（山东大学Cell Res解析重要信号调控机制）。2015年，孙金鹏教授与中科院生物物理研究所的王江云研究员合作，采用插入非天然氨基酸的方法结合核磁共振氟谱(19F NMR)揭示出了影响arrestin构象和功能的磷酸选择性机制。研究结果发布在Nature Communications杂志上（山东大学、中科院Nature子刊进一步探索诺奖成果 ）。

PTPN12是近年来发现的一个肿瘤抑制因子（哈医大教授Cell文章解析癌症 ），研究证实它是EGFR/HER2信号的一个关键调控因子，是胚胎发育的必要条件。PTPN12基因敲除小鼠会胚胎致死。除了在生长和发育中起重要作用，PTPN12通过使得许多底物去磷酸化，调控了各种生理过程，包括细胞迁移、免疫反应和神经元活性。至今已鉴别出了至少18个PTPN12底物，包括HER2, FAK, PYK2, PSTPIP, WASP, p130Cas, paxillin, Shc, catenin, c-Abl, ArgBP2, p190RhoGAP, RhoGDI, cell adhesion kinase beta (CAKβ)和 Rho GTPase。尽管一些细胞研究已证实，这些底物的磷酸化状态受到PTPN12的严密控制，对于PTPN12特异性识别及使得这些蛋白质去磷酸化的分子机制却仍不清楚。

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在当前的研究中，研究人员结合一些酶学、结构与细胞方法解析了PTPN12的底物特异性和潜在调控机制。细胞研究和动力学分析揭示，PTPN12使得HER2上一些特异的磷酸化位点去磷酸化，对特异的磷酸化肽序列和一些人造底物显示出偏好。

为了更深入地了解PTPN12的底物特异性，他们解析了PTPN12的一个体细胞癌症突变体PTPN12-K61R的晶体结构。结构分析结合诱变研究揭示出了决定PTPN12底物特异性的一些至关重要的结构特征，包括它的pY+1位点，表面环中一些关键的基本残基，和结构上可塑的元件。研究还证实这些特异的PTPN12结构特征，以及与不同HER2磷酸化位点之间的互作在调节某些特定的PTPN12功能方面起重要作用。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Crystal Structure and Substrate Specificity of PTPN12

PTPN12 is an important tumor suppressor that plays critical roles in various physiological processes. However, the molecular basis underlying the substrate specificity of PTPN12 remains uncertain. Here, enzymological and crystallographic studies have enabled us to identify two distinct structural features that are crucial determinants of PTPN12 substrate specificity: the pY+1 site binding pocket and specific basic charged residues along its surface loops. Key structurally plastic regions and specific residues in PTPN12 enabled recognition of different HER2 phosphorylation sites and regulated specific PTPN12 functions. In addition, the structure of PTPN12 revealed a CDK2 phosphorylation site in a specific PTPN12 loop. Taken together, our results not only provide the working mechanisms of PTPN12 for desphosphorylation of its substrates but will also help in designing specific inhibitors of PTPN12.

作者简介：

于晓教授

1994年起就读于中国科学技术大学少年班，1998年进入中国科学技术大学生命科学院牛立文-滕脉坤蛋白质晶体学实验室，进行本科毕业设计，1999年获分子生物学和细胞生物学学士学位，同年获得安徽省优秀毕业生。研究生阶段跟随周于晓教授专老师(1991年诺贝尔生理学奖得主，膜片钳发明人Erwin Neher的学生）进行电生理膜片钳方面的学习，于2004年获得中国科学院神经科学研究所博士学位。然后在美国纽约州立大学石溪分校，美国印第安纳大学进行博士后工作对胰岛中的磷脂酶PLD，糖尿病相关的蛋白酪氨酸磷酸酶PTP进行研究。于晓教授2009年全职回国工作，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3项、教育部新世纪优秀人才支持计划、山东省杰青等多项科研项目，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、Nature Communications、Cell Research、J.Biol.Chem、J. Neurosci、J. Physiol、Diabetes, JACS，AJPCP等发表了40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

1993年以优异成绩考入中国科学技术大学，1997年，进入牛立文-滕脉坤蛋白质晶体学实验室，进行本科毕业设计，并于2001年完成硕士阶段学习，孙金鹏教授经施蕴渝院士推荐到PTP酶学领域著名科学家Zhang Zhong-Yin教授实验室进行博士阶段学习，2007年毕业后，跟随G蛋白偶联受体领域著名科学家Robert J Lefkowitz（2012年因GPCR领域的工作获诺贝尔化学奖）进行蛋白结构，信号转导，药物发现的研究。2011年全职回国，任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、Nature Communications、Cell Research、PNAS、Biochemistry、Nature Biotechnology、Nature Chemical Biology、J. Mol. Neurosci等杂志发表40余篇文章，目前作为课题负责人主持国家自然科学基金3项、山东省杰青等多项科研项目。