近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所生物分子功能與機(jī)制研究組研究員樸海龍團(tuán)隊(duì)在分泌多效生長因子Midkine的功能研究方面取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)分泌生長因子Midkine可以不通過配體的方式在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮功能的非經(jīng)典作用途徑，闡明了Midkine在細(xì)胞內(nèi)通過蛋白互作的方式抑制LKB1-AMPK通路活性的新機(jī)制，揭示了Midkine可以通過抑制LKB1-AMPK通路來促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和腫瘤形成的新功能，為進(jìn)一步研究Midkine的臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用提供了新思路。
大連化物所揭示生長因子Midkine通過非經(jīng)典途徑調(diào)控LKB1-AMPK通路的新機(jī)制
生長因子對(duì)生理活動(dòng)具有著重要的調(diào)節(jié)作用，分泌到細(xì)胞外是其最常見的作用方式。生長因子作為配體，可以通過結(jié)合細(xì)胞膜上的特異受體來激活細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)通路。而Midkine是生長因子的重要種類之一，在發(fā)育、損傷修復(fù)、血壓調(diào)控、炎癥免疫反應(yīng)等過程中發(fā)揮著重要作用，并在多種癌癥中具備高表達(dá)的特性。細(xì)胞外的Midkine可與多種細(xì)胞膜上的受體蛋白相結(jié)合，但是由于其親和性較低，不足以解釋Midkine的全部功能。目前，雖然有研究證明細(xì)胞外的Midkine蛋白可以通過胞吞作用進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部并進(jìn)入細(xì)胞核，但對(duì)Midkine在細(xì)胞內(nèi)的功能研究鮮有報(bào)道。
本工作中，研究人員發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外的Midkine蛋白可以高效地轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，并定位于細(xì)胞質(zhì)中，暗示了Midkine在細(xì)胞質(zhì)中發(fā)揮著重要的作用。通過基于大數(shù)據(jù)的通路富集分析，研究人員首次發(fā)現(xiàn)Midkine與AMPK通路具有密切的相關(guān)性。隨后，通過生物化學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)證明Midkine抑制了AMPK的磷酸化激活。值得注意的是，阻止Midkine進(jìn)入細(xì)胞可以解除其對(duì)AMPK的抑制作用。這一發(fā)現(xiàn)證明了Midkine對(duì)AMPK的抑制作用是發(fā)生于細(xì)胞內(nèi)部的，證實(shí)了Midkine蛋白具有重要的胞內(nèi)功能。
此外，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探索了Midkine抑制AMPK的分子機(jī)制，確認(rèn)了Midkine可以通過AMPK的上游激酶LKB1來調(diào)控AMPK的活性。一般情況下，LKB1通過與STRAD和Mo25形成異源三聚體，從而發(fā)生多位點(diǎn)自磷酸化并進(jìn)行激活。而本工作中，研究人員發(fā)現(xiàn)Midkine可以直接結(jié)合LKB1和STRAD蛋白，從而抑制LKB1-STRAD-Mo25蛋白復(fù)合體的形成，進(jìn)而抑制了AMPK的激活。研究人員進(jìn)一步通過基因編輯手段及細(xì)胞生物學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過Midkine調(diào)控LKB1-AMPK通路后能夠促進(jìn)癌癥細(xì)胞增殖。臨床數(shù)據(jù)分析顯示，Midkine表達(dá)水平與AMPK的活性及病人生存率呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，證明了Midkine通過抑制LKB1-AMPK通路促進(jìn)癌癥的發(fā)展。本工作為全面解析Midkine的功能提供了新方向，也為Midkine的臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用提供了新思路。
相關(guān)研究成果以“Midkine Noncanonically Suppresses AMPK Activation through Disrupting the LKB1-STRAD-Mo25 Complex”為題，于近日發(fā)表于Cell Death and Disease上。該工作的第一作者是大連化物所助理研究員夏天。該工作獲得了國家自然科學(xué)基金、大連市科技創(chuàng)新基金、大連化物所創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的支持。
