SPOP介导的PDK1泛素化和降解抑制AKT激酶活性及致癌功能

背景：3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶-1（PDK1）作为蛋白激酶A、G和C家族（AGC）激酶的主激酶，主要调控细胞存活、增殖和代谢稳态。尽管PDK1下游底物如蛋白激酶B（AKT）和核糖体蛋白S6激酶β（S6K）的调控已被充分研究，但PDK1的上游调控因子，特别是其降解因子，尚未明确。方法：采用基于CRISPR的E3连接酶筛选方法鉴定降解PDK1的E3泛素连接酶。通过Western blotting、免疫沉淀和免疫荧光（IF）染色检测PDK1与斑点型POZ蛋白（SPOP）的相互作用或定位。免疫组化（IHC）染色用于研究前列腺癌组织中PDK1和SPOP的表达。体内和体外泛素化实验检测SPOP对PDK1的泛素化缀合。体外激酶实验和质谱方法鉴定酪蛋白激酶1（CK1）和糖原合酶激酶3（GSK3）介导的PDK1磷酸化。通过集落形成、软琼脂实验和体内异种移植小鼠模型研究PDK1突变的生物学效应及其与SPOP突变的相关性。结果：我们确定PDK1经历SPOP介导的泛素化和随后的蛋白酶体依赖性降解。具体而言，SPOP通过共有降解决定子以CK1/GSK3β介导的磷酸化依赖性方式直接结合PDK1。病理上，前列腺癌患者相关的SPOP突变损害PDK1降解，从而激活AKT激酶，导致肿瘤恶性。同时，发生在PDK1降解决定子周围或内部的突变，通过阻断SPOP结合降解决定子或抑制CK1或GSK3β介导的PDK1磷酸化，可显著逃避SPOP介导的PDK1降解，并通过激活AKT激酶发挥强致癌作用。结论：我们的结果不仅揭示了E3连接酶SPOP对PDK1的生理调控，还强调了SPOP功能丧失突变或PDK1功能获得突变通过激活AKT激酶在肿瘤发生中的致癌作用。