2019年6月14日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)姚雪彪團(tuán)隊(duì)與上海生化與細(xì)胞所張榮光合作團(tuán)隊(duì)在Cell Research 發(fā)表題為BubR1 phosphorylates CENP-E as a switch enabling the transition from lateral association to end-on capture of spindle microtubules的論文，發(fā)現(xiàn)直接證據(jù)支持BubR1 是蛋白激酶，并解析了BubR1 蛋白激酶的構(gòu)-效關(guān)聯(lián)，發(fā)掘了首個(gè)BubR1 蛋白激酶抑制劑Bubristatin，為有關(guān)疾病的精準(zhǔn)干預(yù)提供理論基礎(chǔ)與平臺(tái)技術(shù)。

細(xì)胞是生命活動(dòng)的最小單元，細(xì)胞器是真核細(xì)胞執(zhí)行復(fù)雜生命活動(dòng)調(diào)控的“工作室”。細(xì)胞器分為膜性細(xì)胞器與無(wú)膜細(xì)胞器。著絲粒是一個(gè)典型的無(wú)膜細(xì)胞器，其在細(xì)胞有絲分裂過(guò)程中扮演不可缺少的作用，其組裝與功能異常導(dǎo)致染色體丟失、易位等，從而使細(xì)胞生長(zhǎng)失控，如癌癥。美國(guó)Bert Vogelstein團(tuán)隊(duì)在上一個(gè)世紀(jì)90年代發(fā)現(xiàn)了著絲粒BubR1基因突變對(duì)在直腸癌基因組不穩(wěn)定性的影響。此后, BubR1基因突變?cè)黾游赴┮赘行缘陌咐蚕嗬^報(bào)道。針對(duì)BubR1是否是蛋白激酶這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題及其構(gòu)-效關(guān)聯(lián)的生物學(xué)意義，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)姚雪彪、滕脈坤、臧建業(yè)、劉行與上海生化與細(xì)胞所張榮光（科大7308校友）合作團(tuán)隊(duì)精誠(chéng)合作，從2012年開(kāi)始聯(lián)手對(duì)有絲分裂重要蛋白激酶BubR1進(jìn)行結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究。經(jīng)過(guò)對(duì)多個(gè)物種BubR1蛋白在不同條件下的篩選與優(yōu)化，成功地解析了果蠅BubR1蛋白的晶體結(jié)構(gòu)（圖一）。從X-線衍射數(shù)據(jù)分析得到的卡通模型結(jié)構(gòu)表示：BubR1具有蛋白激酶的經(jīng)典特征：一系列反平行β-折疊和一個(gè)α-螺旋形成的N端lobe；一個(gè)主要由螺旋結(jié)構(gòu)組成的C端lobe。從晶體結(jié)構(gòu)中我們分析得出兩個(gè)lobe之間有個(gè)ATP的結(jié)合口袋。從激酶與構(gòu)效研究結(jié)果提示，Lys1204、Asp1326和Ser1253這三個(gè)位點(diǎn)可與ATP形成氫鍵，對(duì)于穩(wěn)定ATP與BubR1激酶區(qū)域結(jié)合口袋的結(jié)合非常重要，是BubR1催化底物磷酸化的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（圖一）。

圖一：BubR1蛋白激酶晶體結(jié)構(gòu)

由于同一種蛋白激酶在細(xì)胞活動(dòng)的不同環(huán)節(jié)均有重要的功能，經(jīng)典遺傳學(xué)方法無(wú)法解剖其在時(shí)空兩相較為緊密過(guò)程中的功能（如：染色體在赤道板上的排列與中心紡錘體的形成）。此外，由于一個(gè)蛋白激酶通常修飾多個(gè)底物，闡明其修飾底物的時(shí)空動(dòng)力學(xué)特征及其與底物作用的特異性均需要可逆性細(xì)胞膜通透性化學(xué)探針。為此，劉行、汪志勇、阮科、張健存、楊振業(yè)與葉盛開(kāi)始了對(duì)BubR1激酶進(jìn)行了化學(xué)生物學(xué)研究。他們發(fā)掘了一個(gè)新型BubR1 激酶化學(xué)分子抑制劑Bubristatin。

利用Bubristatin 作為化學(xué)探針，他們系統(tǒng)評(píng)估了BubR1 激酶在有絲分裂的底物，發(fā)現(xiàn)馬達(dá)蛋白CENP-E是BubR1的新底物。CENP-E 是一個(gè)在有絲分裂前中期定位在動(dòng)點(diǎn)并參與染色體雙向銜接及染色體運(yùn)動(dòng)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)蛋白，其功能缺失導(dǎo)致哺乳動(dòng)物細(xì)胞中染色體排列缺陷、紡錘體檢驗(yàn)點(diǎn)失活受阻等表型。鑒于BubR1 激酶與CENP-E在部分實(shí)體瘤的高活性表征，姚雪彪課題組開(kāi)始把這些小分子與來(lái)自消化道腫瘤病人的類器官結(jié)合，實(shí)施個(gè)體化治療的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)。

論文共同第一作者為黃月佳、林霖、劉行、葉盛四位博士。本研究工作得到了國(guó)家科技部、自然科學(xué)基金委化學(xué)生物學(xué)重大研究計(jì)劃以及合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心的資助。