結構生物化學/PTP1B
PTP1B（蛋白酪氨酸磷酸酶1B）是一種非跨膜酶，存在於內質網（ER）上。其重要性在於它是胰島素和瘦素訊號傳導的負調控因子。PTP1B去磷酸化或去除胰島素受體（IR）及其主要底物——胰島素受體底物蛋白（IRS蛋白）的磷酸基團。在瘦素中，PTP1B 去除酪氨酸激酶 JAK2（Janus激酶2）的磷酸基團。最近發現，它在腫瘤發生中起著重要作用，並與乳腺癌更直接地相關。它也被認為是一個潛在的藥物靶點，因為抑制它可能導致 2 型糖尿病、肥胖和某些癌症的停止。
PTP1B的結構由大約 800 個殘基組成。該蛋白由一個 N 端催化磷酸酶結構域、一個調節區域和一個膜定位結構域組成。它連線到內質網。
PTP1B 首次被發現時，它被發現可以抑制胰島素和瘦素受體。PTP1B 透過去磷酸化胰島素受體 (IR) 及其主要底物如 IRS 蛋白來實現這一點。反過來，這會導致患者患上糖尿病。Ptp1b 敲除小鼠證明了抑制這種酶將使人們能夠保持苗條和精力充沛，而與他們吃什麼或吃多少無關。當這種酶在小鼠體內被停用時，它們對胰島素變得高度敏感，即使是在高脂肪飲食的情況下，也保持苗條。酶失活的具體組織位置似乎並不重要，所有實驗都指向相同的結果：健康和精力充沛的小鼠，胰島素敏感性提高，葡萄糖耐受性提高。
PTP1B 是一種以高丰度表達而聞名的酶。它包含一個 N 端催化磷酸酶區域（長 1 到 300 個殘基），一個調節區域（長 80 到 100 個殘基），以及一個膜定位區域（長 400 到 435 個殘基）。膜定位區域將 PTP1B 酶連線或結合到內質網的細胞質表面。PTP1B 的表達及其催化活性通常透過四種機制嚴格控制，這些機制有時會協同工作：氧化、磷酸化、SUMO化和蛋白水解。
PTP1B 可以透過可逆和不可逆氧化在體內進行調節。Cys 215 是其活性位點之一的氨基酸，位於一個異常酸性的環境中，隨後在生理 pH 值下被去質子化。這將氨基酸轉化為催化作用中極好的親核試劑。一旦完成這種轉化，它就會使 Cys 215 易於被含有氧氣的其他高反應性物質失活。根據用於修飾 PTP1b 的含氧高反應性物質的不同，該酶被氧化至不同的氧化態。
透過晶體分析，結果表明，如果使用過氧化氫，PTP1B 的亞磺酸形式將透過氧化過程轉化為失活的環狀亞磺醯胺狀態。隨著這一過程的發生，活性位點也會發生構象變化，從而暴露隱藏的酪氨酸氨基酸，該氨基酸位於磷酸酪氨酸結合環中。預計該過程是可逆過程。相反，如果酶被氧化到亞磺酸或磺酸狀態，該過程將是不可逆的。
雖然絲氨酸和酪氨酸的磷酸化在多個位點發生，但磷酸化的影響仍然存在爭議。對該酶不同絲氨酸殘基的磷酸化研究產生了相互矛盾的結果。例如，蛋白激酶 C 在中期或響應外部刺激（如滲透壓）對 S378 和 S352 的磷酸化不會顯著改變酶的活性水平。然而，當 AKT 磷酸化 S50 時，酶對其去磷酸化胰島素受體能力的下降。有趣的是，當相同的 S50 殘基被 CDC 樣激酶 1 和 2 磷酸化時，酶的磷酸酶活性提高了兩倍。類似地，對該酶酪氨酸位點（Y66、Y152、Y153）的磷酸化研究表明，這些對 PTP1b 的改變要麼可以增加，要麼可以減少蛋白質的活性。
小型泛素相關修飾劑 (SUMO) 蛋白最近被發現是許多細胞功能的重要調節因子。SUMO 連線顯著調節許多蛋白質特性，例如穩定性、定位、相互作用和活性。發現 PTP1B 與 SUMO E3 連線酶相互作用，這促進了 SUMO 對 PTP1B 的修飾。酶活性降低，因此 PTP1B 對底物的活性降低。SUMO 修飾發生的具體位置尚不清楚。然而，已經觀察到 PTP1B 積累在位於核周區域和 C 端的點狀結構中。重要的是要指出，PTP1B 的 ER 靶向結構域的存在對於最大程度的 SUMO化至關重要。
鈣蛋白酶是一種蛋白酶，介導 PTP1B（C 端）的 ER 靶向部分的切割。這發生在被啟用的血小板中，結果是酶被啟用。研究表明，當小鼠體內的鈣蛋白酶-1 被破壞時，蛋白酪氨酸磷酸化水平會降低。當分析這些小鼠的血小板時，發現 PTP1B 的數量大幅增加。這表明當 C 端被切割時，PTP1B 被切割成無活性的片段。支援蛋白水解或 PTP1B 蛋白分解成無活性片段的證據是，與鈣蛋白酶-1 損失相關的酪氨酸磷酸化缺陷在 Capn1 中被挽救，以及血小板的聚集。
重要的是要注意，其他報告表明，當 PTP1B 被可逆地氧化時，它將在催化結構域中被鈣蛋白酶介導的切割失活。因此，這導致一些人認為，酶是被 C 端的切割啟用還是被完全蛋白水解（這兩個過程都是由鈣蛋白酶介導的）失活，實際上取決於 PTP1B 的氧化狀態。然而，迄今為止，沒有任何報告表明該酶在除血小板以外的其他任何細胞型別中被鈣蛋白酶失活。
由於 PTP1B 位於內質網的胞質側，因此該酶如何識別和去磷酸化其眾多不同底物的機制一直備受關注。 目前提出了四種可能的機制。 首先，如果底物是膜結合受體蛋白酪氨酸激酶，例如胰島素受體，則透過囊泡介導的內吞作用，這些活化的受體將被內化並與 PTP1B 酶接觸。 其次，基於生物發光共振能量轉移和熒光共振能量轉移的活體影像證據支援了 PTP1B 可能在胰島素受體生物合成過程中對其進行去磷酸化的觀點。 第三，PTP1B 結合的內質網部分具有可伸展性，這使得 PTP1B 與質膜上的底物相互作用成為可能。 最後，銜接蛋白將 PTP1B 與其底物連線起來，透過形成三元複合物來促進它們之間的相互作用。 除了這些機制之外，該酶還具有結合基序，這些基序有利於其與底物（如 IR）的相互作用。 研究表明，這些基序之一，即位於催化結構域 β9-β10 轉折處的 Y152，使 PTP1B 能夠與 IR 二聚體的背面相互作用。
糖尿病和肥胖
[edit | edit source]Ptp1b 基因敲除小鼠的研究表明，抑制這種酶將使人們能夠保持苗條和精力充沛，而與他們吃什麼或吃多少無關。 當小鼠的這種酶失活時，即使食用高脂肪飲食，它們也會對胰島素變得超敏感，並且保持苗條。 抑制該酶的具體組織部位似乎並不重要，所有實驗都指向相同的結果：健康而充滿活力的老鼠，胰島素敏感性提高，葡萄糖耐受性增加。
癌症
[edit | edit source]迄今為止，尚未發現 PTP1b 是腫瘤抑制基因，但證據表明它可能是細胞生長的負調節因子。 該酶可以促進細胞死亡（凋亡），因此可能是一種腫瘤抑制基因。 抑制這種酶似乎可以非常簡單地解決許多健康問題，有些人可能會想知道為什麼沒有更早採取行動，但正如我們所知，生物學並非如此簡單。 抑制 PTP1B 的總體影響尚不清楚，一些研究已經表明，抑制這種酶會促進某些型別的癌症。 一些人類癌症，例如乳腺癌和卵巢癌，顯示出 PTP1B 水平升高。 對於乳腺癌，ErbB2 的啟用導致 PTP1B 表達水平升高。 使用轉基因小鼠的研究表明，PTP1B 是 ErbB2 誘導的乳腺腫瘤發生的正調節因子。 缺少 PTP1B 的小鼠的 ErbB2 腫瘤發生延遲，而過表達 PTP1B 的小鼠則發展出乳腺腫瘤。 使用 PTP1B 抑制劑進行的小鼠癌症模型研究顯示，這種抑制劑有效地保護小鼠免受 ErbB2 致癌基因的影響。 但是，即使在 PTP1B 缺陷模型中，由多瘤病毒中間 T 抗原引起的乳腺腫瘤仍然可以發展。 因此，PTP1B 被認為是參與致癌訊號傳導的具有選擇性作用的酶。
參考文獻
[edit | edit source]1. Yip, Shu-Chin, Sayanti Saha, and Jonathan Chernoff. "PTP1B: A Double Agent in Metabolism and Oncogenesis." Trends in Biochemical Sciences 35.8 (2010): 442-49. Print.
2. "PTP1B Research for Dummies." PTP1B Research for Dummies and Why You Need To Know It | GoGetThin™. N.p., n.d. Web. 20 Nov. 2012. <http://blog.gogetthin.com/leptin-and-weight-loss/ptp1b-smart-weight-loss>.
3."PTP1B." Wikipedia. Wikimedia Foundation, 17 June 2012. Web. 20 Nov. 2012. <http://en.wikipedia.org/wiki/PTP1B>.
4.Wikipedia contributors. "Calpain." Wikipedia, The Free Encyclopedia. Wikipedia, The Free Encyclopedia, 20 Aug. 2012. Web. 22 Nov. 2012.