南京农业大学Nature子刊聚焦重要激酶

　　

生物通报道  来自南京农业大学、中国科技大学、德克萨斯大学MD安德森癌症中心等机构的研究人员报告称，他们获得了首个完整ATM/Tel1激酶的冷冻电镜（cryo-EM ）结构，他们的研究成果发布在5月27日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

南京农业大学的王伟武(Weiwu Wang)教授及中国科技大学生命科学学院的蔡刚（Gang Cai）教授是这篇论文的共同通讯作者。王伟武教授的主要研究方向为蛋白质三维晶体结构和功能，微生物分子遗传学。蔡刚教授在真核生物转录机器结构生物学研究领域非常活跃，取得了一系列具有创新性的研究成果。

基因组不断地遭受到环境中的辐射、化学剂、紫外线，以及内源性物质如正常代谢过程中生成的自由基的攻击。DNA双链断裂(DSBs)是最有害的DNA损伤，如果得不到修复可直接导致细胞死亡。当错误修复时，DSBs可引起突变和染色体重排，在多细胞生物体中导致癌症发生。ATM属于磷脂酰肌醇3-激酶相关激酶超家族中的一员。ATM激酶是一种自动磷酸化蛋白，普遍存在于高等真核生物的细胞核和细胞质中，激活并参与了DNA损伤信号的识别及损伤修复。

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通常情况下，ATM激酶以一种失活的同源二聚体形式存在，当激活时会转变为单体。除了C-末端一个保守的激酶结构域，ATM还包含另外三个结构模体，称作为FAT、FATC和N-端helical solenoid。一旦激活，ATM会磷酸化参与细胞周期控制、DNA修复、细胞生存和其他细胞过程的大量（700多种）底物如p53和检查点激酶Chk2。这些ATM依赖性的磷酸化事件对于阻滞细胞周期进程，实现DNA修复或诱导凋亡性细胞死亡至关重要。与之相一致，ATM缺陷与对DNA损伤剂超敏感有关联，在人类中ATM缺陷可导致以过早老化、小脑神经病变、免疫缺陷及容易罹患癌症为特征的一种遗传疾病——毛细血管扩张共济失调症（AT）。除了充当DSBs DNA损伤反应的顶端激活子，ATM还被认为是一种多能激酶，参与了各种遗传毒性应激反应和细胞稳态的各个方面。

在这篇新文章中，研究人员报告称获得了来自粟酒裂殖酵母的完整同源二聚体ATM/Tel1的结构，分辨率为8.7埃（Å）。结构分析结果表明二聚体界面和N-末端helical solenoid有可能通过冗余地调控底物和调控因子的结合，紧密控制了激酶活性。作者们指出，对ATM/Tel1进行详细的结构分析还提高对其他PIKKs结构组织与功能特性的认识。新研究提供的信息可利用开发出特异的抑制剂将ATM锁定在一种失活二聚体状态，成为癌症放疗的一种潜在放射增敏剂。

自从1984年发现端粒酶以来，鉴别延长或缩短这一染色体末端保护帽的其他生物分子的研究工作一直在缓慢地进行着。来自约翰霍普金斯大学的研究人员揭示出了一种酶ATM对于维持端粒长度起至关重要的作用。研究人员表示，他们采用的发现该酶的新方法应该会加速发现其他决定端粒长度的蛋白和过程。研究结果发布在2015年11月24日的Cell Reports杂志上（诺贝尔奖得主Cell子刊发布端粒研究重大发现 ）。

我们的身体如何保持其DNA的完整性？荷兰鹿特丹伊拉斯谟大学医学院（Erasmus MC）的研究人员，发现了这个谜题的其中一片。他们发现，细胞用一种新的警报，来指示DNA的损伤。这种新机制中的关键因素是一种叫“ATM”的蛋白质。相关研究结果发表在2015年6月的Nature杂志上（Nature解答DNA完整性谜题 ）。

来自加州大学洛杉矶分校，德州儿童医院等处的研究人员，指出如果抑制ATM蛋白的功能，也许能保护亨廷顿氏病动物模型中的脑细胞免于死亡。这一研究成果公布在2014年12月24日的Science Translational Medicine杂志上（杨向东教授Science子刊发现疾病关键信号通路 ）。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Structure of the intact ATM/Tel1 kinase

The ataxia-telangiectasia mutated (ATM) protein is an apical kinase that orchestrates the multifaceted DNA-damage response. Normally, ATM kinase is in an inactive, homodimer form and is transformed into monomers upon activation. Besides a conserved kinase domain at the C terminus, ATM contains three other structural modules, referred to as FAT, FATC and N-terminal helical solenoid. Here we report the first cryo-EM structure of ATM kinase, which is an intact homodimeric ATM/Tel1 from Schizosaccharomyces pombe. We show that two monomers directly contact head-to-head through the FAT and kinase domains. The tandem N-terminal helical solenoid tightly packs against the FAT and kinase domains. The structure suggests that ATM/Tel1 dimer interface and the consecutive HEAT repeats inhibit the binding of kinase substrates and regulators by steric hindrance. Our study provides a structural framework for understanding the mechanisms of ATM/Tel1 regulation as well as the development of new therapeutic agents.

作者简介：

蔡刚

中国科学技术大学生命科学学院教授，博士生导师，2011年入选教育部新世纪优秀人才支持计划,2012年获得国家自然科学基金委优秀青年基金。主要采用冷冻电镜(cryo-EM)研究真核生物基因转录调控的关键复合体的结构及其功能性相互作用，在转录复合体的纯化和冷冻电镜结构解析方面进行了一系列成功的探索，建立了转录复合体高效的表达和纯化系统，并在组成和构象上不均一的复杂样品的冷冻电镜三维重构方面具有丰富经验和技术积累。在真核生物转录机器结构生物学研究领域非常活跃，取得了一系列具有创新性的研究成果，2009年至今相继在《Nature》,《Nat Struct Mol Biol》, 《Mol Cell Biol》和《Structure》等国际著名期刊上发表高水平论文6篇；并先后应邀在2009年冷泉港实验室“Mechanisms of Eukaryotic Transcription”年会和2010年冷泉港亚洲会“Epigenetics, Chromatin & Transcription”会议上上作大会报告。
 
研究方向:
1、 冷冻电镜三维重构;2、真核生物转录调控;3、真核生物染色质结构调控

王伟武

一、 主要学历及研究经历
1990.9-1994.7 安徽农业技术师范学院兽医系，获学士学位
1994.9-1997.7 南京农业大学动物医学院动物传染病学专业，获硕士学位
1997.9-2001.7 中科院上海植物生理生态研究所微生物学专业，获博士学位
2001.10-2005.4 美国德克萨斯大学休斯顿医学院微生物系和膜蛋白研究中心，博士后
2005-2007 瑞士Paul Scherrer Institute生物大分子系膜蛋白结构生物学研究组，博士后
2007  至今      南京农业大学生命科学学院

二、主要研究方向
蛋白质三维晶体结构和功能，微生物分子遗传学

三、近年来主要研究工作
主要研究微生物中重要膜蛋白，酶蛋白的三维结构和功能