揭示MST3为AMPK和AMPK的新激酶
2023年01月31日
生物化学，既有自己的学术问题，也是一种研究途径。通过生物化学的分离纯化，发现分子间的相互生物化学关系，是生物学研究的最重要途径之一。
以往，北京大学、昌平实验室饶毅研究团队长期以遗传学、分子生物学研究神经生物学和发育生物学问题。
自2011年以来，饶毅研究团队集中一部分精力和研究人员在实验室内建立了生物化学分离纯化方法。起点是用于神经生物学的问题，但可能涉及其他生物学问题。2022年4月10日，美国生物化学和分子生物学会主办的《生物化学杂志》，在线发表了两篇饶实验室的生物化学文章，其内容完全是生物化学。这些工作的起源在于神经生物学。2016年，日本筑波的柳泽正史(Masashi Yanagisawa)发表一篇文章，他们通过小鼠的遗传筛选，找到一个影响睡眠的基因，它编码SIK3蛋白激酶。他们发现SIK3功能提高后，睡眠增加。他们发现SIK3的一个氨基酸位点(S556)被常见蛋白激酶PKA所磷酸化，S556被磷酸化后，SIK3功能被抑制。
AMPK参与重要的生物学过程，包括代谢调控等。SIK3是AMPK家族成员。AMPK家族目前被一般认为有14个成员。目前研究表明LKB1可以磷酸化AMPK-T172，其后发现也可以磷酸化SIK3-T221。本研究论文发现除外LKB1，还有可以磷酸化SIK3-T221的活性。通过蛋白质分离纯化的途径，找到了SIK3-T221的蛋白激酶MST3。本研究提示AMPK存在新的蛋白激酶。
LKB1能够磷酸化AMPK的特定位点(T172)，无论是哺乳动物中表达后拉下来的LKB1、还是细菌表达的LKB1都能磷酸化AMPK的T172。但是，只有哺乳动物中表达后拉下来的LKB1可以磷酸化SIK3的T221，而细菌表达的LKB1不能磷酸化SIK3的T221。将色谱柱分离的组分、重组的SIK3以及ATP共同孵育之后，通过SDS-PAGE分离之后，用western blot的方法检测SIK3 pT221的磷酸化水平是否上升，我们建立了体外无细胞检测SIK3 pT221的磷酸化的反应体系。如果SIK3 pT221的磷酸化水平发生明显的上升，说明在此组分中存在磷酸化SIK3 T221的激酶，最终发现HEK293T细胞中存在不是LKB1的SIK3 T221磷酸化活性。
将此有活性的组分依次经过SP HP、Heparin HP、Q HP、 HAP、 Superdex75、MonoS蛋白色谱柱分离纯化并结合质谱分析，发现了6种激酶，分别为PANK1，MST3, MST4, STK39, FES和ADCK2，并通过HEK细胞表达这六个基因进一步证实MST3和MST4能够磷酸化SIK3-T221位点进一步研究发现，MST的所有五个成员能够磷酸化SIK的所有三个成员。通过细菌表达的五个MST也都能够磷酸化AMPK的T172。
