Блог

Jun 07, 2024

Атлас субстратных специфичностей серин/треонинового кинома человека

Nature том 613, страницы 759–766 (2023) Цитировать эту статью 67k Доступов 29 Цитирований 433 Подробности об альтметрических метриках Эта статья обновлена ​​Фосфорилирование белков является одним из наиболее распространенных

Nature, том 613, страницы 759–766 (2023 г.) Процитировать эту статью

67 тысяч доступов

29 цитат

433 Альтметрика

Подробности о метриках

Эта статья обновлена

Фосфорилирование белков является одной из наиболее распространенных посттрансляционных модификаций в биологии1,2. Благодаря достижениям в области фосфопротеомики на основе масс-спектрометрии к настоящему времени идентифицировано 90 000 сайтов фосфорилирования серина и треонина, и несколько тысяч связаны с заболеваниями человека и биологическими процессами3,4. За подавляющее большинство событий фосфорилирования пока неизвестно, какие из более чем 300 протеинсерин/треониновых (Ser/Thr) киназ, кодируемых в геноме человека, несут ответственность3. Здесь мы использовали библиотеки синтетических пептидов для определения специфичности последовательностей субстратов 303 киназ Ser/Thr, составляющих более 84% из тех, которые, по прогнозам, будут активны у людей. В целом субстратная специфичность кинома была существенно более разнообразной, чем ожидалось, и в значительной степени определялась отрицательной селективностью. Мы использовали наш набор данных по всему киному для компьютерной аннотации и идентификации киназ, способных фосфорилировать каждый зарегистрированный сайт фосфорилирования в фосфопротеоме Ser/Thr человека. Для небольшого меньшинства фосфозитов, для которых ранее сообщалось о предполагаемых протеинкиназах, наши предсказания оказались в превосходном согласии. Когда этот подход был применен для изучения сигнального ответа тканей и клеточных линий на гормоны, факторы роста, целевые ингибиторы, а также экологические или генетические пертурбации, он открыл неожиданную информацию о сложности путей и их компенсации. В целом, эти исследования выявляют внутреннюю субстратную специфичность кинома Ser/Thr человека, освещают клеточные сигнальные реакции и предоставляют ресурс для связи событий фосфорилирования с биологическими путями.

Фосфорилирование белков по остаткам серина, треонина, тирозина и гистидина контролирует почти все аспекты клеточной функции эукариот1,2,5,6. Неправильная регуляция передачи сигналов протеинкиназы обычно приводит к заболеваниям человека7. Расшифровка клеточной роли любой протеинкиназы требует выяснения ее нижестоящих эффекторных субстратов. Однако большинство опубликованных на сегодняшний день взаимосвязей киназа-субстрат включают относительно небольшое количество хорошо изученных протеинкиназ, в то время как для большинства из примерно 300 человеческих протеинкиназ Ser/Thr идентифицировано мало субстратов, если таковые вообще имеются. внутри кинома человека8,9,10. Отсутствие знаний о взаимоотношениях киназа-субстрат ограничивает интерпретацию больших наборов фосфопротеомных данных, основанных на масс-спектрометрии (МС), которые на сегодняшний день сообщают о более чем 200 000 сайтах фосфорилирования Ser и Thr на белках человека3,4,11,12,13. Специфические киназы, ответственные за эти события фосфорилирования, обнаружены менее чем в 4% этих сайтов3, что существенно ограничивает понимание сетей клеточного фосфорилирования.

Как правило, хорошо изученные киназы Ser/Thr распознают специфические аминокислотные остатки во многих положениях, окружающих сайт фосфорилирования14,15,16,17. Этот короткий линейный мотив, характерный для данной протеинкиназы, обеспечивает точность сигнальных путей, регулирующих фосфорилирование по данному остатку Ser или Thr. Знание мотивов распознавания киназ может облегчить открытие новых субстратов, например, путем сканирования данных фосфопротеомики на предмет совпадения последовательностей. Однако на сегодняшний день мотивы последовательности сайта фосфорилирования известны только для подмножества человеческого белка Ser/Thr кинома. Ранее мы описали методы скрининга комбинаторной пептидной библиотеки, которые позволяют быстро определить специфичность отдельных киназ на основе фосфорилирования пептидных субстратов18,19. Здесь мы применяем эти методы, чтобы экспериментально определить оптимальную специфичность субстрата для подавляющего большинства киномов Ser/Thr человека, охарактеризовать взаимосвязь между киназами на основе их мотивов и вычислительно использовать эти данные для идентификации протеинкиназ, которые, вероятно, будут фосфорилировать любой сайт, идентифицированный с помощью MS или других методов. Наконец, мы покажем, как эту информацию можно применять для выявления сложных изменений в сигнальных путях в клетках и тканях после генетических, фармакологических, метаболических и экологических возмущений.