清華大學最新《PNAS》文章

來自清華大學生物科學與技術系，冷泉港實驗室的研究人員發現一種對于果蠅嗅覺長時程記憶形成必需的突變：AKAP Yu，這有利于進一步了解果蠅神經傳遞記憶形成過程中蛋白激酶A信號通路的作用。這一研究成果公布在《美國國家科學院刊》（PNAS）雜志上。

文章的通訊作者是來自清華大學生物科學與技術系的周海夢教授，以及冷泉港實驗室，清華大學長江學者鐘毅教授（簡介見后）。

原文檢索：
Published online before print August 9, 2007
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 10.1073/pnas.0700439104
The AKAP Yu is required for olfactory long-term memory formation in Drosophila [Abstract]

蛋白激酶A (protein kinase A，PKA) 又稱依賴于cAMP的蛋白激酶A (cyclic-AMP dependent protein kinase A)，是一種結構最簡單、生化特性最清楚的蛋白激酶。

PKA全酶分子是由四個亞基組成的四聚體, 其中兩個是調節亞基(regulatory subunit, 簡稱R 亞基)，另兩個是催化亞基(catalytic subunit, 簡稱 C 亞基)。R亞基的相對分子質量為49～55kDa, C亞基的相對分子質量為40kDa,總相對分子質量約為180kDa；全酶沒有活性。在大多數哺乳類細胞中, 至少有兩類蛋白激酶A, 一類存在于胞質溶膠, 另一類結合在質膜、核膜和微管上。

激酶是激發底物磷酸化的酶，所以蛋白激酶A的功能是將ATP上的磷酸基團轉移到特定蛋白質的絲氨酸或蘇氨酸殘基上進行磷酸化, 被蛋白激酶磷酸化了的蛋白質可以調節靶蛋白的活性。真核細胞內幾乎所有的cAMP的作用都是通過活化PKA，從而使其底物蛋白發生磷酸化而實現的。

真核生物中發現的蛋白激酶很多，根據其底物蛋白被磷酸化的氨基酸殘基種類，可將它們分為5類，即①絲氨酸/蘇氨酸(Ser／Thr)蛋白激酶：蛋白質的羥基被磷酸化；②酪氨酸(Tyr)蛋白激酶：蛋白質的酚羥基作為磷受體；③組氨酸蛋白激酶：蛋白質的組氨酸、精氨酸或賴氨酸的堿性基團被磷酸化，主要出現于“雙組分信號系統”(two-component signal system)；④色氨酸蛋白激酶：以蛋白質的色氨酸殘基作為磷受體；⑤天冬氨酰基/谷氨酰基蛋白激酶：以蛋白質的酰基為磷受體。目前發現的植物蛋白激酶以前3類為主。

而Stone和Walker(1995)根據蛋白激酶催化區域氨基酸序列的相似性，將植物蛋白激酶分為5大組。這5大組蛋白激酶分別為①AGC組：以cAMP(環腺苷酸)依賴的蛋白激酶PKA、cGMP(環鳥苷酸)依賴的蛋白酶PKG及鈣和磷脂依賴的蛋白激酶PKC為代表，以受第二信使(如cAMP、cGMP、DAG(二酰甘油)和Ca2+)激活為特征。②CaMK組：包括Ca2+/CaM依賴的蛋白激酶CaMK、Ca+依賴而CaM不依賴的蛋白激酶CDPK等，依賴第二信使是該組蛋白激酶的普遍性。③CMGC組：包括MAPK(分裂原激活的蛋白激酶)、CDK(周期素依賴的蛋白激酶)等，相對于前2組蛋白激酶依賴于第二信使，該組激酶作用于下游的磷酸化級聯系統。④傳統的PTK組：為酪氨酸蛋白激酶，目前在植物中尚未發現純粹的酪氨酸蛋白激酶，但并不意味著Tyr殘基的磷酸化對植物不重要。二重特異性蛋白激酶如MAPKK在植物中的發現，證明了Tyr殘基的磷酸化可能在高等植物中具有重要的生理作用。⑤其它組：如類受體蛋白激酶RLKs及乙烯信號轉導元件CTRl(胞質級聯蛋白激酶MAPKKK)等。此外，根據磷酸化的底物不同，還可將蛋白激酶分為組蛋白蛋白激酶、酪蛋白蛋白激酶等，但由于蛋白激酶可磷酸化底物的多樣化，這種分法很不確切，已經被根據底物磷酸化氨基酸的分類方法所取代，有些如酪蛋白蛋白激酶，只是由于習慣而一直被沿用下來。

廣義神經遺傳分析（Extensive neurogenetic analysis）認為記憶的形成嚴格依賴于PKA信號通路，但是有關這一通路在記憶形成過程中的詳細細節至今并不清楚。

在這篇文章中，研究人員在果蠅中進行了大規模行為篩選，結果識別出了間隔訓練后一日記憶中的yu突變，這個突變會破壞編碼A激酶錨定蛋白（A-kinase anchoring protein，AKAP）的基因——AKAPs是一個蛋白家族，幫助確定PKAs在亞細胞結構中的定位，因此嚴格限制了細胞中cAMP信號通路。

進一步的行為模式研究發現長時程記憶（LTM）也會受到yu突變的特異性干擾，而短時程記憶和抗麻醉記憶（anesthesia-resistant memory, ARM）并未受到影響。并且yu基因單獨分離突變也不能逆轉yu突變相關的LTM缺陷，這種表型缺陷可以通過一個yu+轉基因誘導性急性表達得以逆轉，這說明yu在記憶形成過程中是生理性功能相關。

AKAP Yu會在蕈形體（mushroom body，MB）神經解剖學結構中優先表達，并且這種表達并不會傳遞到大腦的其它區域，這些發現都說明PKA通過Yu AKAP在MB神經細胞中的正確定位對于LTM的形成而言的必需的。
（生物通：張迪）

附：
周海夢（ZHOU Hai-Meng）

博士生導師

學術職務：

　　中國生物化學與分子生物學學會常務理事
　　教育部生物科學與工程教學指導委員會副主任
　　生物技術與生物工程分委會主任
　　清華大學校學術委員會委員
　　生物科學與技術系學術委員會主任
　　"蛋白質科學"教育部重點實驗室學術委員會主任

簡　歷：

　　1970年畢業于清華大學工程化學系
　　1981年獲清華大學應用化學工學碩士
　　1986年于中國科學院生物物理所獲理學博士學位
　　1986-1988年在美國哈佛大學醫學院從事博士后研究。
　　1988-1990年任清華大學副教授
　　1990年晉升為教授。
　　現任清華大學理學院常務副院長

主要科研方向：

　　主要研究方向為酶的結構與功能研究。包括酶的化學修飾、酶的催化動力學、酶結構改變對生物活性的影響等。
　　
目前集中于蛋白質折疊的研究，包括蛋白質折疊中間體、折疊途徑等研究。

獲獎情況：

　　1987年曾獲國家自然科學一等獎一項。
　　1999年曾獲國家自然科學二等獎一項。
　　2001年曾獲國家級教學成果獎二等獎一項。
　　2002年曾獲全國普通高等學校優秀教材獎一等獎一項。
　　此外還獲省部級科技進步獎(基礎類)及教學成果獎一等獎一項，二等獎四項，三等獎一項。

代表性論文：

　　曾在國內外雜志上發表科學論文180余篇，其中有111篇發表于國外雜志上，19篇發表于中國科學和科學通報上。

Yan, Y.B., Zhang, R.Q., and Zhou, H. M. (2002) Biphasic unfolding pathway of ribonuclease A is temperature and reductive reagent concentration dependent. Eur. J. Biochem, 269, 534-5322.
Rui, H.L., Fan, E., Zhou, H. M., Zhang, Y. and Lin, S.C. (2002) SUMO-1 modification of the C-terminal KVEKVD of Axin is required for JNK activation but has no effect on Wnt signaling. J. Biol. Chem., 227(45), 42981-42986
Yan, Y. B., Jiang, B., Zhang, R. Q. and Zhou, H. M., (2001) Two-phase unfolding pathway of ribonuclease A during denaturation induced by dithiothreitol. Protein Science, 10,321-328
Ou, W.B., Luo, W., Park, Y.D. and Zhou, H. M. (2001)Chaperone-like activity of peptidyl-prolyi cis-trans isomerase during creatine kinase refolding. Protein Science, 10, 2346-2353
Ou, W.B., Park, Y.D. and Zhou, H. M. (2001) Molecular mechanism of osmolytes protection of creatine kinase against guanidine denaturation. Eur. J. Biochem, 268,5901-5911

“長江學者”教授：鐘毅

　　鐘毅，清華大學長江學者講座教授。聘任崗位：生物物理學。博士生導師。

　　個人簡介

　　1978-1982年，清華大學工程物理系 學士

　　1982-1984年，清華大學生物科學與技術系 碩士

　　1985-1991年，美國Iowa大學生物科學系 博士

　　1991-1992年，美國Iowa大學生物科學系 博士后

　　1992-1995年，美國冷泉港實驗室 助理研究員

　　1992-2001年，美國冷泉港實驗 副教授

　　2001-現在， 美國冷泉港實驗室教授，清華大學教授，教育部長江學者講座教授