酪氨酸磷酸酶PTP1B和LYP催化活性中心第二层氨基酸的功能研究

Protein tyrosine phosphatases (PTPs) are key regulators of most intracellular signal transduction processes and involves in virtually all aspects of physiological activities. The malfunction of substrate specificities and intrinsic activities of PTPs usually leads to different kinds of human diseases, such as type 1 and type 2 diabetes. Thus, PTPs are considered important drug targets. All classic PTP active sites are highly conserved, and the important catalytic residues in the first sphere of their active sites have been well characterized. Recently, the less conserved second-sphere residues are found to play important role in defining the intrinsic activity and substrate specificity, which are more suitable for drug development. Here, we use PTP1B and LYP as our model phosphatases, define the second-sphere residues in their catalytic sites. By a series of enzymological studies, X-ray crystallographic studies and newly developed unnatural amino acid incorporation technique, we are trying to find out the function of second-sphere residues in the intrinsic activity and substrate specificity; and illustrate the molecular basis for second-sphere residue related disease, which may finally leads to structure-based drug development.

蛋白酪氨酸磷酸酶（PTP）是细胞内重要的信号转导蛋白，参与许多重要的生命活动。PTP突变导致的催化活性或底物特异性异常是包括糖尿病在内的许多人类重要疾病的诱因，因此PTP是治疗相关疾病的潜在靶标。PTP活性中心的第一层氨基酸十分保守并在催化中起着至关重要的作用，我们最近的研究揭示PTP活性中心的第二层氨基酸对底物识别和催化同样也发挥着重要的作用，多种疾病的相关突变就发生在该层中。另外，由于活性中心第二层氨基酸不如第一层氨基酸保守，因此更适合于开发作用于特定PTP的抑制剂。本课题将以糖尿病中重要靶点PTP1B和LYP为模型，结合酶动力学、细胞生物学，和结构生物学以及非天然氨基酸整合等先进化学生物学技术，系统研究PTP催化活性中心第二层氨基酸对PTP催化和底物识别的作用，阐明第二层氨基酸突变的致病机理，并为靶向PTP活性中心第二层氨基酸设计小分子抑制剂提供可靠的理论基础。

蛋白酪氨酸磷酸酶（Protein tyrosine phosphatase, PTP）是细胞内重要的信号转导蛋白，参与许多重要的生命活动。PTP突变导致催化活性或底物特异性异常是包括糖尿病在内的许多人类重要疾病的诱因，因此PTP是治疗相关疾病的潜在靶标。PTP活性中心的第一层氨基酸十分保守并在催化中起着至关重要的作用，更重要的是PTP活性中心的第二层氨基酸对底物识别和催化同样发挥了十分重要的作用，多种疾病的相关突变就发生在这些氨基酸中。由于活性中心第二层氨基酸不如第一层氨基酸保守，更适合于开发作用于特定PTP的抑制剂。本课题将PTP1B，LYP，SSH2，PPM1K等经典蛋白磷酸酶为模型，结合酶动力学、细胞生物学，和结构生物学以及非天然氨基酸整合等先进化学生物学技术，系统研究PTP催化活性中心第二层氨基酸对PTP催化和底物识别的作用，阐明第二层氨基酸突变的致病机理，并为靶向PTP活性中心第二层氨基酸设计小分子抑制剂提供可靠的理论基础。根据申请书计划，课题负责人主要（1）研究蛋白酪氨酸磷酸酶PTP1B 和LYP 活性中心第二层氨基酸在催化过程以及底物特异性中的作用；（2）利用X射线晶体学，19F-NMR等结构生物学手段，阐明蛋白酪氨酸磷酸酶PTP1B 和LYP 活性中心第二层氨基酸影响催化反应和底物特异性的结构基础；（3）研究蛋白酪氨酸磷酸酶PTP1B 和LYP 活性中心第二层氨基酸对细胞功能的作用；（4）针对PTP家族成员开发选择性抑制剂。相关研究成果课题负责人在J Biol Chem，J Neurochem，J Cell Mol Med，Nature，Nat Chem Biol和Nature Commun等有影响的SCI 收录刊物发表了与本课题相关的8 篇文章（基金号标注）。