Akt與腫瘤細胞的糖代謝(三): 蛋白激酶B(PKB/Akt)
摘要:Akt的活化,尤其是Akt通過(guò)對其下游靶蛋白的磷酸化,可能會(huì )廣泛的影響細胞的生理過(guò)程和功能。
在進(jìn)化上保守的蛋白激酶B(PKB),又叫akt,是二十多年前發(fā)現的與病毒癌基因v-akt同源的細胞蛋白,在結構上與蛋白激酶A(PKA)和C(PKC)相近似,故又稱(chēng)作PKB。其主要的細胞功能直到發(fā)現其作為細胞生長(cháng)因子受體PI3K(phosphotidylinositol3-kinase)的主要下游效應分子并參與細胞生長(cháng)因子介導的細胞存活(cellsurvival)才被認識到。在哺育動(dòng)物細胞共有三個(gè)akt家族成員,即akt1,akt2與akt3,分別位于不同染色體上(圖1A)。由三個(gè)基因獨立編碼,但是三個(gè)Akt蛋白在氨基酸序列上卻保存有80%的同源性(5)。通過(guò)對單個(gè)與不同組合的akt基因敲除小鼠的表型分析,發(fā)現akt1具有調節胚胎發(fā)育,胚胎生長(cháng)及胚胎存活的優(yōu)勢作用,而akt2與akt3分別在糖代謝穩態(tài)與胚胎后期腦發(fā)育的調控作用上具有不可替代的功能(6)。
Akt蛋白的結構與功能
成熟的PKB/Akt1蛋白是一個(gè)全長(cháng)約476個(gè)氨基酸組成的蛋白質(zhì),在結構上由包含一個(gè)氨基端(N端)保守的PH(PleckstrinHomology)功能區域,一個(gè)催化功能區域(KD)和一個(gè)羧基端(C端)調節性尾端(RegulatoryTail)或疏水性基團(HydrophobicMotif,HM)組成。在KD和HM之間還有一個(gè)轉折基團(TurnMotif,TM),與Akt蛋白的生理穩定性密切相關(guān)。PH區域是Akt與上、下游靶蛋白相互作用的調控區域。KD是Akt蛋白激酶活性所在的重要部位。而生長(cháng)因子介導的Akt在Thr308位點(diǎn)的磷酸化是Akt活化的關(guān)鍵,通常認為位于調控尾端的HM區域的Ser473位點(diǎn)的磷酸化,是Akt蛋白激酶功能完全活化所必需(5)。活化The308位點(diǎn)的是蛋白激酶D1(PKD1),而活化AktSer473位點(diǎn)磷酸化的是PKD2,近年的研究證實(shí)PKD2其實(shí)是以哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(MammalianTargetOfRapamycin,mTOR)為主要蛋白激酶組成的一個(gè)復合物2(mTORcomplex2,mTORC2),mTORC2同時(shí)也是磷酸化TM區域Thr450位點(diǎn)的主要蛋白激酶(5)。
Akt信號通路及其對細胞功能的調控
從機制上來(lái)說(shuō),Akt的活化,尤其是Akt通過(guò)對其下游靶蛋白的磷酸化,可能會(huì )廣泛的影響細胞的生理過(guò)程和功能。通過(guò)對Akt磷酸化保守序列的生物計算學(xué)分析,人們發(fā)現有上千個(gè)蛋白是潛在的Akt靶蛋白,盡管目前已經(jīng)報道和被實(shí)驗驗證的Akt下游靶蛋白只有50個(gè)左右。通過(guò)對靶蛋白的磷酸化,Akt可以正性或負性調控這些蛋白的活性與蛋白穩定性、或改變它們在亞細胞水平的定位和功能。Akt活化的主要結局是促進(jìn)細胞存活(survival),細胞生長(cháng)(cellgrowthinsize),和細胞增殖(cellproliferation)(5,7)。而從代謝調控的角度來(lái)說(shuō)就是促進(jìn)有氧酵解以提供充足的中間代謝產(chǎn)物以利于核苷酸的合成,脂質(zhì)(包括膜磷脂)與膽固醇的合成以及蛋白質(zhì)氨基酸的合成,為細胞的分裂增殖提供充足的生物材料。在這一系列的細胞的代謝過(guò)程中,有許多Akt下游的蛋白起了重要的作用,簡(jiǎn)單歸納如下(圖2)(5,7):(1)Akt可以通過(guò)直接磷酸化p21,p27,FOXOs,Chk1,GSK3b等調節細胞周期,可以通過(guò)對MDM2的磷酸化調節p53蛋白的表達水平而間接地調控細胞增殖周期和細胞的凋亡。(2)在細胞凋亡的調控上,Akt可以通過(guò)直接磷酸化凋亡相關(guān)調控蛋白,IKK/NFkB,Bad,ASK1,Biml,Caspase-9等而調控細胞的凋亡。(3)Akt也可以通過(guò)對下游的mTORC1的活化調控ULK1/Atg13而影響細胞自噬的發(fā)生。(4)最近的報道表明,Akt還可以通過(guò)對RIPKs調控參與調節壞死性凋亡(necroptosis)的過(guò)程。(5)在細胞代謝上,Akt可以通過(guò)調節下游蛋白mTORC1,4E-BP1,S6k,HIF-1及Glut1,3,4等,調節糖、脂、蛋白的代謝。