蛋白激酶A介导14-3-3蛋白磷酸化的机制及功能研究

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在哺乳动物中,14-3-3家族蛋白包含(γ、η、β、ζ、σ、ε、θ)7个成员,其蛋白序列高度保守,参与众多细胞生物学过程,例如蛋白质运输、信号转导、物质代谢、凋亡以及细胞周期的调节。14-3-3作为衔接蛋白,通过结合磷酸化的丝氨酸或者苏氨酸保守基序,与许多蛋白互作,从而影响蛋白的定位,稳定性和活性。现集中于对14-3-3与磷酸化蛋白的互作模式及功能研究,而14-3-3蛋白本身的磷酸化机制及功能并不清楚。正常生理条件下,c AMP依赖的蛋白激酶A(PKA)由催化亚基和调节亚基组成全酶复合物,不具备激酶活性。但当细胞内c AMP升高时,PKA调节亚基与c AMP结合,PKA构象发生改变,这导致PKA的调节亚基与催化亚基解离,PKA发挥激酶功能。14-3-3蛋白具有保守PKA磷酸化基序,本项目证明PKA磷酸化14-3-3家族蛋白中的14-3-3γ、14-3-3β、14-3-3η、14-3-3ζ和14-3-3ε五个成员,并阐明其磷酸化位点。进一步,以PKA诱导14-3-3磷酸化为研究模型,探讨14-3-3的磷酸化对其定位和二聚化的影响。方法:(1)PKA的活性对14-3-3磷酸化的影响(1.1)使用PKA激动剂或者过表达PKA Cα激活PKA,探讨PKA激活对14-3-3蛋白磷酸化的影响(1.2)使用PKA抑制剂或者下调PKA Cα抑制PKA,探讨PKA抑制对14-3-3磷酸化的影响(2)外源表达14-3-3家族蛋白成员,检测PKA激活对外源14-3-3蛋白的影响。(3)14-3-3与PKA蛋白互作(3.1)通过免疫共沉淀的方法检测PKA和14-3-3的互作。(3.2)通过免疫共沉淀的方法检测PKA和14-3-3互作的关键区域。(4)14-3-3为PKA底物(4.1)在体外,使用纯化的14-3-3与PKA蛋白进行体外磷酸化实验。(4.2)在细胞内,通过p-PKA Substrate抗体检测14-3-3是否为PKA的底物。(4.3)突变14-3-3蛋白预测的PKA磷酸化位点,检测PKA对14-3-3突变体磷酸化的影响。(5)14-3-3磷酸化的功能(5.1)免疫荧光检测PKA激活对14-3-3定位的影响。(5.2)使用交联剂检测14-3-3磷酸化对其二聚体形成的影响。结果:1.PKA激活促进14-3-3蛋白磷酸化(1.1)在不同细胞系中,PKA的激动剂促进14-3-3磷酸化。(1.2)PKA Cα促进14-3-3磷酸化,但过表达激酶失活型PKA不具有该效应。(1.3)PKA上游GPCR信号的激活促进14-3-3磷酸化。(1.4)PKA的抑制剂或下调PKA Cα抑制14-3-3磷酸化。(1.5)PKA的催化亚基PKA Cα而非PKA Cβ及PKA Cγ促进14-3-3磷酸化。(2)PKA激活促进14-3-3(γ、η、β、ζ)的磷酸化。(3)14-3-3与PKA蛋白互作的研究(3.1)PKA Cα与14-3-3蛋白互作,而PKA调节亚基不能与14-3-3互作。(3.2)PKA与14-3-3的N端(1-80)位氨基酸发生相互作用。(4)14-3-3为PKA的底物(4.1)PKA在体外磷酸化14-3-3。(4.2)PKA促进γ(S59),η(S59),β(S60),ζ(S58)和ε(S59)位点磷酸化。(5)PKA介导的14-3-3磷酸化不影响14-3-3定位和二聚体形成。结论:PKA信号通路激活促进14-3-3家族蛋白(γ、η、、β、ζ和ε)的磷酸化,磷酸化位点分别为其保守的γ(S59)、η(S59)、β(S60)、ζ(S58)和ε(S59)位点;PKA与14-3-3的N端(1-80)位氨基酸互作;PKA介导的14-3-3磷酸化并不影响14-3-3蛋白的定位和二聚体形成。
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