《AMPK研究进展》PPT课件.ppt
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1、蛋白激酶蛋白激酶AMPK研究进展研究进展韩吉春韩吉春主要内容主要内容n一什么是一什么是AMPKAMPKn二二AMPKAMPK的分子结构的分子结构n三三AMPKAMPK在组织中的分布在组织中的分布n四四AMPKAMPK活性调节活性调节n五五AMPKAMPK下游靶标及其生物学效应下游靶标及其生物学效应一一.什么是什么是AMPKAMPKn 腺苷酸活化蛋白激酶腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated(AMP-activated protein kinase,AMPK)protein kinase,AMPK)是丝是丝/苏氨酸蛋白激酶,苏氨酸蛋白激酶,广泛存在于真核生物中,主要协调代谢和能量的广泛存
2、在于真核生物中,主要协调代谢和能量的需要。激活需要。激活AMPKAMPK,一方面关闭消耗,一方面关闭消耗ATPATP的合成代谢的合成代谢途径;途径;另一方面启动产生另一方面启动产生ATPATP的分解代谢途径能的分解代谢途径能够调节机体的能量代谢,维持能量的供求平衡够调节机体的能量代谢,维持能量的供求平衡,故被称为故被称为“细胞能量调节器细胞能量调节器”。短期效应能。短期效应能调节调节能量代谢能量代谢,长期效应能,长期效应能调节基因转录调节基因转录。二二AMPKAMPK的分子结构的分子结构n AMPKAMPK是一个异源三聚体蛋白,由是一个异源三聚体蛋白,由、和和33个亚单位组成。个亚单位组成。亚
3、单位起催化作用,而亚单位起催化作用,而和和亚亚单位单位在维持三聚体稳定性和作用底物特异性方在维持三聚体稳定性和作用底物特异性方面起重要作用。每个亚单位都存在由面起重要作用。每个亚单位都存在由2-32-3种基因所种基因所编码的异构体编码的异构体(1(1,2 2、11,2 2和和11,2 3)2 3)(图(图2 2),从理论上来讲,),从理论上来讲,、和和 的不同异构体可形成各种可能的组合的不同异构体可形成各种可能的组合,可能有可能有1212种。种。n 亚单位含有亚单位含有548548个氨基酸,可分为催化区个氨基酸,可分为催化区N N末端末端(1(1312AA)312AA)、是、是起催化作用的核心
4、部位起催化作用的核心部位,含,含有一个典型的丝有一个典型的丝/苏氨酸蛋白激酶的催化区域,中苏氨酸蛋白激酶的催化区域,中间一个自动抑制区间一个自动抑制区(312(312392AA)392AA)和和C C末端一个亚单末端一个亚单元结合区域元结合区域(392(392548AA)548AA)含有变构结合位点,参含有变构结合位点,参与和与和AMPAMP的结合。的结合。亚单位中的亚单位中的8 8个位点个位点(苏氨酸苏氨酸172172、苏氨酸、苏氨酸258258、丝氨酸、丝氨酸485485等等)均可被磷酸化,均可被磷酸化,其中其中苏氨酸苏氨酸172172位点及其磷酸化对位点及其磷酸化对AMPKAMPK活性的
5、调节活性的调节起重要作用起重要作用。研究中所检测的总。研究中所检测的总AMPKAMPK及活性及活性AMPKAMPK蛋白通常是指其蛋白通常是指其亚单位,亚单位,n 亚单位则好似一个支架,它可把亚单位则好似一个支架,它可把和和亚单亚单位连接起来。位连接起来。亚单位亚单位N N末端区域之后紧跟着两末端区域之后紧跟着两个保守的结构域个保守的结构域KISKIS和和ASCASC,ASCASC结构域为形成结构域为形成稳定有活性的稳定有活性的的复合物所必需,而的复合物所必需,而KISKIS并不并不与激酶的其他亚基相互作用。与激酶的其他亚基相互作用。KISKIS结构域序列与结构域序列与“N-“N-异淀粉酶结构域
6、异淀粉酶结构域”序列密切相关,为序列密切相关,为亚基亚基上的功能性糖原结合结构域。其功能可能与糖原上的功能性糖原结合结构域。其功能可能与糖原对对AMPKAMPK的调节有关。的调节有关。亚基的亚基的N N端豆蔻酰化和磷酸端豆蔻酰化和磷酸化,这些翻译后的修饰,调节酶活性和亚基的细化,这些翻译后的修饰,调节酶活性和亚基的细胞定位胞定位.n 亚亚单位单位的的N N端区域在大小和序列上变化较大,端区域在大小和序列上变化较大,与与 1 1相比,相比,2 2和和 3 3的的N N端区域较长。端区域较长。亚单位有亚单位有4 4个串行重复的个串行重复的CBS(CBS(胱硫醚胱硫醚-合酶合酶:cystathion
7、ine-synthase:cystathionine-synthase,CBSCBS)结构域。)结构域。亚基含有两个能结合激活性核苷酸亚基含有两个能结合激活性核苷酸AMPAMP和抑制和抑制性核苷酸性核苷酸ATPATP的调节位点,这可以使的调节位点,这可以使AMPKAMPK能灵敏的能灵敏的检测到检测到AMP:ATPAMP:ATP比率。比率。n 四个四个CBSCBS域为域为AMPAMP创建了两个结合位点,通常创建了两个结合位点,通常被称为贝特曼域被称为贝特曼域(Bateman domainsBateman domains)。第一个。第一个AMPAMP与贝特曼域结合后,可以增大第二个与贝特曼域结合后
8、,可以增大第二个AMPAMP与另与另一个贝特曼域的结合亲和力,当一个贝特曼域的结合亲和力,当AMPAMP结合两个贝特结合两个贝特曼域时,曼域时,亚亚单位单位会发生构象变化,这使会发生构象变化,这使亚基亚基上的催化域暴露出来。正是在这种催化结构域中,上的催化域暴露出来。正是在这种催化结构域中,当苏氨酸当苏氨酸-172-172被被AMPKAMPK上游激酶磷酸化时,上游激酶磷酸化时,AMPKAMPK被被激活。激活。三三AMPKAMPK在组织中的分布在组织中的分布n AMPKAMPK各亚基的组织分布不同。各亚基的组织分布不同。11分布很广,分布很广,主要分布于肾、肝、肺、心脏和脑;主要分布于肾、肝、肺
9、、心脏和脑;2 2主要分主要分布在骨骼肌、心脏和肝脏。已证实布在骨骼肌、心脏和肝脏。已证实 2 2亚基也存亚基也存在于脑神经元中,而且在于脑神经元中,而且22亚亚单位单位含量明显高于含量明显高于11亚基。研究还发现亚基。研究还发现11定位于胞质,而定位于胞质,而22主要主要定位于胞核,提示在有定位于胞核,提示在有ATPATP损耗的细胞应激反应中,损耗的细胞应激反应中,AMPK-2AMPK-2复合物的核定位可能至少部分通过磷酸复合物的核定位可能至少部分通过磷酸化转录因子,调节基因表达。化转录因子,调节基因表达。n 11在肝脏高表达,在骨骼肌中低表达;在肝脏高表达,在骨骼肌中低表达;而而22恰好相
10、反。恰好相反。n 11、22广泛分布于各组织细胞,广泛分布于各组织细胞,33仅在骨仅在骨骼肌中含量较高。在大部分细胞中主要以骼肌中含量较高。在大部分细胞中主要以11、11和和11异构体为主,而在肝细胞和脑中异构体为主,而在肝细胞和脑中2 2 表表达较高,骨骼肌和心肌中达较高,骨骼肌和心肌中22、22和和2 3 2 3 则则均有表达。均有表达。四四AMPKAMPK活性调节活性调节n 1 1、AMPKAMPK的上游激酶的上游激酶 AMPKAMPK是一种高度保守的丝氨酸苏氨酸蛋是一种高度保守的丝氨酸苏氨酸蛋白激酶。目前,据研究发现至少有白激酶。目前,据研究发现至少有3 3种种AMPKAMPK的上游的
11、上游激酶(激酶(AMPKKAMPKK),),分别为分别为LKB1LKB1、TAK1TAK1和和CaMKKCaMKK。它它们的作用位点都是磷酸化们的作用位点都是磷酸化AMPKAMPK亚基亚基172172位苏氨酸位苏氨酸 。LKB1LKB1最早发现于最早发现于PeutzJegherPeutzJegher综合征综合征(色素沉色素沉着息肉综合征)的研究中,是人体细胞中一个抑着息肉综合征)的研究中,是人体细胞中一个抑癌基因,又癌基因,又 叫叫 STK11(serine STK11(serine threonine threonine protein kinase 11)protein kinase 11
12、),是是 由由 lkb lkb基基 因因 编码编码 的的 丝丝 氨氨 酸苏酸苏 氨氨 酸蛋酸蛋 白激白激 酶酶 家族家族 的成的成 员员 ,是是 一一 种种 抑抑 癌癌 因因 素,素,其其 编编 码码 的的 蛋蛋 白白质质 称称 为为 LKB1 LKB1STK 11STK 11。LKB1可以直接磷酸化可以直接磷酸化AMPKAMPK亚单位上的亚单位上的172172位苏氨酸而激活位苏氨酸而激活AMPK AMPK。发发 挥挥 作作 用用 必必 须须 有有 两两 个个 附附 属属 蛋蛋 白白 质质 的的 共共 同同 存存 在在:STRA D 和和 M O 2 5。STRA D(STE20 relate
13、d adaptor protein)是是 LKB1 特特 异异 性接头性接头 蛋蛋 白和底白和底 物物,M O25(mouse protein 25)主要主要 参参 与与 LK B1 的的 调调 节节,它它 通通 过过 结结 合合 到到 STRAD 的的 羧羧 基基 端端 从从 而而 发挥发挥 稳稳 定定 STRAD 和和 LKB1 复复 合合 物物 的功的功 能能。AMPAMP可以可以加强加强LKB1LKB1STRADSTRADM025M025复合物对完整复合物对完整AMPKAMPK三聚体三聚体的磷酸化,但是不能加强该复合物对分离的、单的磷酸化,但是不能加强该复合物对分离的、单个的个的AMP
14、KAMPK亚基的磷酸化。亚基的磷酸化。CaMKK(CaMKK(钙调蛋白依赖性蛋白激酶激酶钙调蛋白依赖性蛋白激酶激酶)也能够也能够调节调节AMPKAMPK的活性,的活性,CaMKKCaMKK主要存在于神经系统主要存在于神经系统 ,其对其对Thr172Thr172的磷酸化不依赖于的磷酸化不依赖于AMPAMP浓度的升高,而浓度的升高,而是通过增高是通过增高CaCa2+2+浓度从而激活浓度从而激活AMPKAMPK。其调节是通过。其调节是通过细胞内钙离子浓度的升高而启动。细胞内钙离子浓度的升高而启动。Regulation of AMPK activation.TAK1(TGF-TAK1(TGF-活化激酶
15、活化激酶-1)-1)被广泛认为是一种被广泛认为是一种MAPKK(MAPKK(促分裂原活化蛋白激酶激酶促分裂原活化蛋白激酶激酶)激酶激酶-7-7,近来,近来研究表明其在研究表明其在AMPKAMPK活化通路中具有中枢般的调节活化通路中具有中枢般的调节作用。研究表明,体外作用。研究表明,体外TAK1TAK1,以及,以及TAK1TAK1相关蛋白相关蛋白TAB1TAB1能够使能够使Thr172Thr172磷酸化,激活磷酸化,激活AMPKAMPK,从而被认,从而被认为是一种新的为是一种新的AMPKKAMPKK。当。当TAK1TAK1缺乏时,缺乏时,LKB1LKB1也有一也有一定的活性,提示除了定的活性,提
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