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磷酸果糖激酶1(PFK1)是糖酵解的“看门人”,负责催化糖酵解通路的关键步骤,使6-磷酸果转变为1,6-二磷酸果糖。代谢产物和激素信号能通过激活和抑制PFK1,对糖酵解进行调节,满足细胞的能量需求。
有研究表明,抑制PFK1活化的突变会引起Ⅲ型糖原累积症(也称为Tarui病),缺乏肌肉PFK1会减少小鼠的脂肪储存。此外,PFK1在癌症的代谢重编程中也起到了重要作用。然而,人们对哺乳动物PFK1四聚体的结构并不了解。
加州大学和哥伦比亚大学的研究团队首次获得了哺乳动物PFK1四聚体(人血小板型磷酸果糖激酶PFKP)的高分辨率结构。这一成果发表在七月一日的Nature杂志上,文章的通讯作者是加州大学的Diane L. Barber和哥伦比亚大学的童亮(Liang Tong,生物通音译)教授。
Liang Tong教授早年毕业于北京大学,现在是美国哥伦比亚大学教授,美国科学促进会成员。Tong教授主要研究蛋白质参与信号转导以及酶在医疗/生化上重要性方面,在蛋白质结晶学方法和计算机软件开发科学研究领域达到很高水平,迄今发表论文80多篇。
研究人员分别解析了PFK1四聚体与ATP–Mg2+和ADP形成复合体时的结构,分辨率达到3.1 ?和3.4 ?。研究显示,在核苷酸水解时PFK1四聚体会发生显著的构象改变。研究人员还揭示了独特的四聚体界面,该界面发生突变会影响四聚体形成、酶催化和调控,说明四聚体形成对于PFK1的功能很重要。
细胞利用营养物质生成能量有两种途径:线粒体代谢和糖酵解。正常的健康细胞主要使用线粒体代谢,而快速增殖的癌细胞主要依赖糖酵解。糖酵解发生改变是癌症的标志之一,这种代谢重编程对于癌症的发生和发展意义重大。
已知人类癌症存在不少体细胞PFK1突变。研究人员揭示了三个这种突变的不同效果,有助于阐明PFK1突变在癌症中的具体作用。研究指出,靶标PFK1活性进行治疗,有望控制在疾病中失调的糖酵解。
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