基因密码子扩展技术在蛋白磷酸酶研究中的应用

Cell signaling pathway is closely related to the development of disease conditions. Posttranslational modification, especially phosphorylation and dephosphorylation of cellular proteins, play an important part in the cell signaling. Currently, majority of the effort is focused on the kinase side, while phosphatase which also plays an equally important role in the cell signaling, is significantly understudied. Many diseases related proteins, such as HER2, EGFR etc. have multiple phosphorylated tyrosines on their intracellular domains. Studies have shown that for each site, the interacting protein tyrosine phosphatase (PTP) are different but yet still unknown. There are over 100 PTPs in human cells. What is the corresponding PTP for each phosphorylation site on these proteins, HER2 for example? To this end, we intended to use a chemical biology approach, an expanded genetic code, to genetically incorporate non-hydrolysable phosphotyrosine mimetics, into recombinant PTP substrate proteins. Using HER2 protein as an example, we aim to map every PTP for each modification site, which has not yet been achieved using biological approaches. With such a chemical biology approach, our goal is to decode the phosphorylation network and provide potential new therapeutic targets.

由转录后修饰调控的细胞信号转导与疾病的发生发展密切相关，尤其是体蛋白的可逆磷酸化修饰。目前该领域的研究主要集中在添加磷酸的激酶上，而对于去磷酸的磷酸酶的研究相对落后。很多重要的致病基因编码的蛋白例如HER2，EGFR等，其胞内区有多个酪氨酸磷酸化位点，研究表明每一个位点其作用的酪氨酸磷酸酶各不相同，但却并没有研究清楚。人体细胞内有超过100种酪氨酸磷酸酶，如何从底物蛋白特定修饰位点出发寻找与其相互作用的磷酸酶是本课题要解决的主要问题。我们拟采取化学生物学的手段，开发和利用基因密码子扩展技术，以不能被水解的磷酸化酪氨酸结构类似物为原料，从底物蛋白水平出发，重组表达位点特异修饰人造氨基酸的磷酸酶底物蛋白，以HER2蛋白为例，研究其胞内区各磷酸化位点相互作用的磷酸酶。发挥化学生物学学科特色，用化学的手段解决生物问题，完善磷酸化细胞信号转导网络，促进磷酸酶领域的研究，为治疗相关疾病提供新的靶点。

蛋白磷酸酶在各种疾病的发生发展中发挥着重要作用。对蛋白磷酸酶与其底物蛋白磷酸化位点相互作用的研究将有助于我们进一步了解细胞信号转导通路的调控过程，为治疗相关疾病提供新的靶点。项目采取化学生物学的手段，结合基因密码子扩展技术及蛋白质谱组学技术，从底物蛋白特定磷酸化修饰位点出发寻找与其相互作用的磷酸酶。在本项目中我们设计并合成了一系列新颖的能够特异性靶向酪氨酸磷酸酶的非天然氨基酸，实现其在哺乳动物细胞中的高效遗传编码，并应用于酪氨酸磷酸酶信号通路的解析研究中。研究首次发现PTP1B是HER2的一种新的磷酸酶，能特异性地去磷酸化pY1221位点，该技术为酪氨酸磷酸酶的研究奠定了基础，对绘制酪氨酸磷酸酶信号通路以及相关疾病的药物研发具有重要的意义。