AMP激活的蛋白激酶a亚基中AID/b-SID连接片段的结构和功能分析

AMP激活的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)是真核生物中的一个重要的蛋白激酶，在调节机体能量代谢的平衡方面起总开关作用，AMPK已成为开发治疗肥胖、2型糖尿病和代谢综合症的药物的重要靶点。对于AMPK结构的研究将为了解其活性调节机制，开发以AMPK为靶点的药物提供理论基础。近年来AMPK激酶结构域和核心片段的晶体结构分别被报道，研究结果初步地解释了AMPK的酶活性激活和自我抑制的过程。但是目前尚没有获得完整的AMPK三聚体的结构，AMPK α亚基中连接自我抑制区域和C端的β亚基结合部位的一段连接片段的结构和功能尚不清楚。本项目拟采用对该连接片段中氨基酸序列突变以及采用化学交联反应与质谱分析联用的方法，研究该区域与α、β、γ亚基的相互作用及其在AMPK活性调节中的作用，这对于阐述AMPK活性调节的机制，寻找研发调节AMPK活性的药物具有重要意义。

AMP激活的蛋白激酶（AMP Activated Protein Kinase, AMPK）是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在生物能量代谢中具有重要的调控作用。AMPK由三个不同亚基α，β，γ组成，三个亚基又包含七个亚型，分别是α1，α2，β1，β2，γ1，γ2，γ3，可以组成12种异构酶在不同的组织器官（脑、心脏和肌肉等）中发挥调节作用。.AMPK的活性主要受细胞内AMP/ATP比值的升高的调节，另外糖原glycogen 结合到AMPK β亚基后则可以抑制AMPK的激酶活性。目前的研究认为，AMP通过结合AMPK的γ亚基引起AMPK的构象改变，直接增加酶的活性，或者使其构想变得更利于AMPK激酶对其磷酸化，从而增加AMPK的活性。.AMPK在碳水化合物和脂类代谢，肿瘤细胞的生长，基因转录及蛋白合成中有重要的调节作用。因此，AMPK成为一种重要的药理性的靶标，然而AMPK的变构调节机制尚不完全清楚，所以解析出全长的AMPK复合物结构对于了解AMPK的调控机制具有重要的指导意义。.我们解析了一个4.60埃的未磷酸化的AMPK和一个4.05埃的磷酸化的AMPK复合物的结构。在我们的AMPK复合物结构里包括N-末端截短11个氨基酸的α1亚基，N-末端截短75个氨基酸的β2亚基以及N-末端截短23个氨基酸的γ1亚基。我们的AMPK复合物结构不仅包括了之前解析出的主要的结构域，最重要的是包括了之前未被解析出的自主抑制结构域AID和有糖类结合结构域（CBM）。此结构对于AMP对AMPK的激活调控机制和糖原对AMPK的抑制调控机制的了解具有重要的指导作用。.另外，我们解析了一个2.95埃的人源AMPK催化结构域（KD）和相连的自动抑制结构域（AID）相结合的一个非活化状态的结构。我们的研究显示人源AMPK的AID结合到KD的铰链区，并且AID结合后会降低KD的活性，这一结果和酵母同源物的是相似的。KD-AID相互作用界面的突变体废除了AMP的变构激活作用。我们还检测核了苷酸结合到AMPK复合物后，AMPK构象的变化。结合晶体和突变体的研究，我们阐明了一种潜在的AMPK的调节机制：AMP结合到γ亚基，通过和α亚基的αRIM区域的结合来调节AID和KD的解离。当ATP结合时会排斥αRIM和γ亚基的结合，进而促进AID和KD之间的抑制作用。