人类RSK1 C端蛋白激酶结构域自抑制机理的结构研究

p90核糖体S6蛋白激酶（简称RSKs）是有丝分裂激活的蛋白激酶通路的下游效应分子。RSKs属于丝氨酸/色氨酸蛋白激酶家族，参与调控各种细胞生长、增值和存活等各种细胞活动。人类RSKs由两个蛋白激酶结构域组成。N端结构域（RSK NTKD）负责磷酸化下游底物。 C端结构域（RSK CTKD）参与RSK的自磷酸化。RSK的激活过程首先由ERK1/2（细胞外信号调节蛋白激酶1/2）激活RSK CTKD，然后活性的RSK CTKD激活一系列的磷酸化过程，最终激活RSK NTKD。完全被激活的RSK可以磷酸化下游的底物来调控各种细胞活动。RSK1/2（特别是RSK1）在多种疾病（包括癌症）发生及调控中起重要作用，是很多制药公司关心的药物设计靶标分子。 北京大学苏晓东课题组对于人类RSK1 CTKD的结构和功能的研究发表在了Acta Cryst.上。

苏晓东课题组李丹等人近年来解析了人类RSK1 CTKD 2.7 Å分辨率的晶体结构。 晶体衍射数据是在北京同步辐射光源（BSRF）生物大分子实验站获得，由于晶体较小、衍射能力弱并且显示很强的个体差异，在同步辐射工作人员的大力协助下，试了几十个晶体才得到较好的衍射数据。 晶体结构显示RSK1 CTKD是一个典型的双叶（N叶和C叶）蛋白激酶折叠。 ATP结合位点中起催化作用的氨基酸的构象和其它处于活性状态的蛋白激酶的构象基本一致，说明ATP结合位点本身具有磷酸转移的活性。然而，RSK1采取的是负调控机理，也就是说CTKD通常是处于无活性的状态。李丹等人的研究揭示了RSK1 CTKD的自抑制机制。 他们发现，C端的一段a螺旋（aL）嵌在aF-aG的连接处刚好位于底物结合位点（见下图）。 并且这一特殊的构象通过与周围的氨基酸E496, D499 和 K695形成离子相互作用，并和S599 和Y702形成氢键而得到稳定。 这一结构信息解释了在体外和体内的实验中观察到的去掉或者突变这段可能具有自抑制作用的a螺旋使得RSK CTKD保持处于具有活性的状态。 同时，他们还推测了ERK1/2可能是通过磷酸化使RSK1构象发生较大变化，使得aL离开了抑制位点，从而激活了CTKD。

RSK1作为RSK家族中的一员，在许多细胞活动中起重要作用。RSK1在几乎所有的人类组织中广泛表达，主要表达的器官是肾脏、肺和胰脏。最近的研究发现RSK1在乳腺癌和前列腺癌中过量表达，因而可能作为治疗癌症的靶标蛋白。人类RSK1 CTKD的晶体结构对于理解RSK的激活机理非常重要，并且是基于结构的抗癌药物研发的基础。该结构被提交到PDB之后不久，便得到了从事于蛋白激酶研究的同行们的广泛关注。目前，苏晓东课题组已经同意大利UNIMORE的Giulio Rastelli博士的课题组建立了稳定的合作，来共同进行RSK1抑制物的研发。文章在投稿过程中，得到了匿名审稿人的一致肯定，其中一位审稿人评论道：“RSK1是一个潜在的抗癌药物靶点，其结构的解析将会被证明有益于药物抑制剂的设计，因此，这项工作是非常有价值的。”

人类RSK1 CTKD的晶体结构。(a) RSK1 CTKD (青色)和PKA （橘黄色；PDB号：1CDK）ATP结合位点重合图。RSK1 CTKD 的P-loop的电子密度缺失，说明其没有稳定构象。起磷酸转移催化活性的氨基酸用sticks显示，并做了标记。（b）完整结构图。缺失的区域用虚线表示。(c) aL螺旋（粉色）与相邻结构（青色）的相互作用。

发表文章：

Li, D., Fu, T.-M., Nan, J., Liu, C., Li, L.-F., Su, X.-D.  “Structural basis for the autoinhibition of the C-terminal kinase domain of human RSK1”, Acta Crystallogr D Biol Crystallogr., 68(Pt 6):680-5, 2012.