《蛋白质酪氨酸磷酸酶:结构、信号传导和药物发现》
Protein
Tyrosine Phosphatases: Structure, Signaling and Drug Discovery
作者：Lalima G. Ahuja
出版社：De Gruyter
索书号：Q55-A287 -2018Y
ISBN：978-3110426434
激酶(kinase)是一类生物化学里的分子，从高能供体分子（如ATP）转移磷酸基团到特定靶分子（底物）的酶，这一过程谓之磷酸化。最大的激酶族群是蛋白激酶。作为信号转导分子的酶主要有两大类：一是催化小分子信使生成和转化的酶，如腺苷酸环化酶、鸟苷酸环化酶、磷脂酶C、磷脂酶D（PLD）等；二是蛋白激酶，作为信号转导分子的蛋白激酶主要是蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶和蛋白质酪氨酸激酶。
蛋白质酪氨酸磷酸酶去除目标蛋白磷酸化酪氨酸残基中的磷酸盐，并逆转各种蛋白质酪氨酸激酶的作用。 蛋白质酪氨酸磷酸酶和蛋白质酪氨酸激酶之间的相互作用形成了人类生理细胞工作的信号网络的基础。 该酶最初是作为管家基因; 这些蛋白只被认为维持了细胞中磷酸化酪氨酸水平的稳定背景。然而，最近在研究它们在胚胎发育和人类疾病中的作用方面的进展，确立了它们作为信号调节的重要作用。令人信服的证据表明，这些蛋白质的突变会导致和/或加剧各种疾病的严重程度，包括代谢和神经紊乱以及癌症。 蛋白质酪氨酸磷酸酶已经缓慢地，但令人信服地成为治疗干预各种人类病理生理学的关键靶点。
这本书描述这些信号酶使用他们的结构和机械功能的分子细节。 以半胱氨酸为基础的I类、II类、III类和与卤酸脱卤酶相关的IV类蛋白酪氨酸磷酸酶的各种亚型已经说明和解释。 蛋白质超家族也对其互补的蛋白磷酸丝氨酸/磷酸丝氨酸磷酸酶进行了描述。 膜结合受体形式和胞浆非受体蛋白酪氨酸磷酸酶的生物学功能已经被描述。 这本书为任何读者提供理解序列特征，结构元素，分子机制和信号酶的这个超家族的细胞功能的参考。
蛋白质的去磷酸化是磷酸化的可逆过程，是由蛋白磷酸酶( proteinphosphatase, PP）催化的。与蛋白激酶一样，蛋白磷酸酶在细胞信号转导中也起着非常重要的作用。在细胞的信号转导过程中，磷酸化主要体现在信号的启动、转导和放大上，而去磷酸化则主要与信号的终止和失活有关。
蛋白磷酸酶的分类与蛋白激酶相似，根据底物蛋白分子上磷酸化的氨基酸残基的种类，主要可分为三大类：丝氨酸／苏氨酸蛋白磷酸酶( PSTP) ,酪氨酸蛋白磷酸酶( PTP）和双重底物特异性蛋白磷酸酶。但最近还发现了催化组氨酸残基去磷酸化的组氨酸蛋白磷酸酶。
PSTP又可分为PPP家族和PPM家族，两种磷酸酶家族的一级结构同源性很低，但它们催化区的空间结构和催化机制却非常相似。PPP家族有三种催化亚基，其催化亚基在一级结构上有40％的同源性，根据其优先底物、激活机制和对抑制剂的敏感性，将其分为PP-1、PP-2A和PP-2B。PPM家族的典型成员有PP-2C。
蛋白磷酸酶的结构
(1) 丝氨酸／苏氨酸蛋白磷酸酶(PSTP）的结构PSTP通常由催化亚基和调节／靶向亚基组成，调节亚基与酶的活性调节和靶向定位有关，故又称为靶向亚基。调节亚基多于催化亚基，催化亚基和调节亚基并非一一对应，而是一种催化亚基可与多种调节亚基结合。调节／靶向亚基不仅可引导蛋白磷酸酶定位于靶位点，还可与催化亚基相互作用，调节催化亚基对靶蛋白的活性和选择特异性。
(2）酪氨酸蛋白磷酸酶(PTP）的结构PTP通常含有两个由230－240个氨基酸残基组成的磷酸酶催化结构域，其中71个氨基酸是高度保守的。该区的活性中心含有一段非常保守的由11个氨基酸残基组成的序列：(I/V) HCXAGXXR (S/T) G (X为任意氨基酸残基），其中Cys对酶的催化活性至关重要，若被取代将使酶失去催化活性。此外，PTP还有一些调节序列，如调节酶与其他蛋白质相互作用的SH2区，胞外的配体结合区以及决定酶在胞膜、核和其他亚细胞结构中定位的信号序列等。
通过对蛋白酪氨酸磷酸酶Src蛋白结构的分析，研究人员发现了 3 种不同的氨基酸序列结构域，每一种都既存在于 Src 蛋白中，又存在于其他的无关蛋白质中。这些序列被称为Src的同源结构域 l 、2 、3 (SH1、SH2、SH3)。这对于解开受体信号通路这个谜题起到了关键的作用。
我们来仔细看看这三种结构域的结构和功能：
SH1结构域
Src 蛋白的 SH1 结构域代表它的催化结构域，并且和 Src 构型相似的所有受体酪氨酸激酶和非受体酪氨酸激酶中都存在相似的结构域。如图3所示，SH1 的催化结构包含两部分—— N 端和 C 端激酶结构域（黄色和橙色）。ATP 的结合位点就位于这两个末端之间 （红色棒）。ATP是细胞的万能磷酸根供者。
SH2结构域
SH2结构域的功能是作为内部的 “受体”发挥作用，即识别胞质中的底物。它既能识别磷酸化酪氨酸，又能识别磷酸化酪氨酸 C 端的侧翼氨基酸序列。而正是这些侧翼氨基酸残基保证了结合的特异性。
一个 SH2 结构域可使携带它的蛋白质与一个伴侣蛋白结合 ，这个伴侣蛋白具有特异的磷酸化酪氨酸及侧翼氨基酸序列，从而使这两种蛋白质发生物理结合 。一些含有 SH2 结构域的蛋白质并不只有催化活性，而其他一些这类蛋白质，除了具有 SH2 结构域，还携带与 Src 蛋白本身的酪氨酸激酶活性完全不同的催化点。例如，SHP1 蛋白则携带与一个磷酸酶的催化结构域连接的一个 SH2 结构域，该磷酸酶结构域具有去磷酸化活性，可以对抗激酶的磷酸化作用。
SH3结构域
SH3 结构域是 Src 蛋白中的第三个序列模板，其功能是调节催化的活性。它能特异地结合伴侣蛋白中的富含脯氨酸序列结构域，这些富含脯氨酸的序列就作为 SH3 结构域配体来发挥作用。
在 Src 蛋白的 SH3 结构域这个例子中，有证据表明这个结构域可以识别并结合特定的富含脯氨酸结构域的底物 ，这些底物一旦与 Src 结合，可被 Src 的激酶活性磷酸化。其他证据则指出，Src 蛋白本身就含有富含脯氨酸的连接结构域，可以与其自身的 SH3 结构域相连，形成分子内连接，Src 蛋白激酶的功能即被沉默。
PTP-1B催化功能域中半胱氨酸的巯基对酶的活性至关重要，它需保持还原状态，任何使其氧化的化合物都会导致酶失去活性。Xie等认为PTP-1B抑制剂可通过削弱PTP-1B对胰岛素受体的去磷酸化作用，提高胰岛素受体及其底物-1的磷酸化水平，起到类胰岛素和胰岛素增敏的作用。
瘦素受体信号转导的主要途径是JAK-STAT途径。瘦素受体本身无酪氨酸激酶活性，但可与JAK酪氨酸激酶偶联。PTP1B可使瘦素受体相关激酶JAK2去磷酸化失活，导致瘦素受体不能对瘦素产生应答，从而引起瘦素抵抗。
PTP1B特异性抑制剂增敏瘦素的作用是近年来减肥药研制领域的热点。据报道，Vanadate是一种非特异性PTP1B抑制剂，而Formylchromone对PTP1B则有强效抑制作用（EC50为73微摩尔/升）。有研究者对其衍生物进行了筛选，其中得到活性最强的化合物抑制PTP1B的EC50为4.3微摩尔/升。
目录
1.细胞通路里的酪氨酸磷酸化：探索与前沿
2.蛋白磷酸化：磷酸化与结构
3.蛋白络氨酸磷酸化：分子结构和机制
4.受体蛋白络氨酸磷酸化：结构与作用
5.双结构域络氨酸磷酸化
6.非受体络氨酸磷酸化：Part.1
7.非受体络氨酸磷酸化：Part.2
8.非受体络氨酸磷酸化：Part.3
王昊宇 武汉大学生命科学学院 博士研究生