导读
PI3K-PDK1-AKT信号通路在调节细胞增殖、生存和代谢稳态等生理过程中发挥重要功能，其异常激活会促进肿瘤细胞生长、耐药和血管生成等。AKT激酶的调控已被广泛研究，尤其是其翻译后修饰水平上的调控，包括但不限于磷酸化、泛素化、羟基化和甲基化修饰等。PDK1作为AGC激酶家族的master激酶，可以磷酸化多种ACG激酶，包括AKT, S6K, SGK, PLK等，其直接磷酸化AKT-T308位点可以促进AKT激酶活性的70%，具有重要的生理及病理学功能。但由于PDK1自身磷酸化和自激活的特性，其所受到的调控缺乏研究，导致了对PI3K-PDK1-AKT通路认识的不足。
中山大学附属第一医院郭剑平教授团队在Nature Communications发文题为S6K1-mediated phosphorylation of PDK1 impairs AKT kinase activity and oncogenic functions的研究成果。该研究发现AKT-mTORC1下游分子S6K1可通过直接磷酸化PDK1-S549位点进而抑制AKT激酶活性及其促癌功能的分子机制。研究进一步说明病理上，肿瘤患者来源的PDK1病理性突变可逃避S6K1对其调控，从而揭示针对肿瘤患者PDK1病理性突变进行靶向治疗的新策略。
在该研究中，作者通过蛋白质磷酸化质谱方法探讨了PDK1-PH结构域上多个潜在的磷酸位点的存在与功能。进一步鉴定发现S549位点磷酸化在调控PDK1与PIP3结合及膜定位过程中发挥重要功能。并通过免疫共沉淀及体内外激酶实验发现mTORC1下游重要激酶S6K1可以直接磷酸化PDK1-S549位点。
图1 S6K1可以直接磷酸化PDK1-S549位点
为探究PDK1-S549磷酸化在体内对肿瘤生长的影响，研究者将野生型PDK1及其S549A和S549D的不同突变形式在PDK1敲除的DLD1细胞中过表达，同时利用异种移植小鼠模型，结果发现S6K介导的PDK1-S549磷酸化抑制AKT激酶活性，从而抑制肿瘤细胞生长与耐药。
图2 PDK1的磷酸化抑制AKT激酶的活性和致癌功能
已有研究表明PDK1和AKT的相互作用主要发生在PIP3定位的质膜上，PIP3的pull-down检测结果显示，S6K1-R3A显著降低了WT的相互作用，而PDK1的S549A突变体与PIP3的相互作用没有降低。同时，抑制S6K1活性可以促进PDK1与PIP3的相互作用。这些数据表明，S549磷酸化可以使PDK1从质膜和PIP3中分离出来，从而降低PDK1与AKT的相互作用。与这一发现一致，作者观察到S6K1确实可以通过细胞分馏分析降低PDK1的膜定位或免疫染色。此外，研究中发现S6K1可促进PDK1与分子伴侣14-3-3结合，促使PDK1自身二聚化，来阻断其与PIP3结合及膜定位，从而抑制了AKT磷酸化和癌基因功能。
图3 S6K1介导的PDK1磷酸化抑制PDK1膜定位和PIP3结合
图4 14-3-3γ结合磷酸化的PDK1并将其从细胞质膜上解离
作者还通过数据库分析PDK1基因突变情况，发现肿瘤患者来源的PDK1病理性突变多发生在S6K1磷酸化PDK1或14-3-3与PDK1相互结合区域的附近，通过显著降低S6K1介导的PDK1磷酸化，抑制PDK1与14-3-3结合，导致PDK1与PIP3/AKT结合增强，持续性激活AKT并促进肿瘤发展。
图5 肿瘤患者来源的PDK1病理性突变激活AKT并促进肿瘤发展
综上所述，本文不但报道了PDK1激酶被磷酸化调控的新机制，揭示了S6K1通过磷酸化PDK1介导的AKT负反馈调控，而且为治疗PDK1功能获得性病理突变型肿瘤提供了一种新的潜在治疗策略。
期刊：Nature Communications
影响因子：14.919
客户单位：中山大学附属第一医院
文章作者：中山大学附属第一医院精准医学研究院蒋起韦博士、张晓梅博士及哈佛医学院Dai Xiaoming博士
通讯作者：中山大学附属第一医院精准医学研究院谢玮副研究员及郭剑平教授
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