在人体内，称为激酶的分子在细胞内和细胞间传播信号，传递信号使细胞能够对环境的变化做出反应。然而，体内有数百种不同的激酶，识别它们的个体和集体功能具有挑战性。
在一项新的研究中，耶鲁大学药理学家·特克和他的同事开发了一些工具，可以帮助研究人员深入研究单个激酶的作用，并开始揭示它们对生物功能的集体贡献的更完整的图景。
他们说，由于功能失调的激酶通常与癌症有关，因此对其功能进行更深入的了解可能会在未来产生更好的治疗方法。
激酶是促进磷酸化过程的酶。在涉及蛋白质的情况下，蛋白激酶会招募一段称为磷酸基的分子(由一个磷原子和四个氧原子组成的分子片段)，并帮助将其附着到称为磷酸化位点的蛋白质的特定区域。这可以通过多种方式改变蛋白质的功能，例如改变其活性或移动位置。
根据其磷酸化的蛋白质，蛋白激酶有两种类型：丝氨酸/苏氨酸激酶(Turk在之前的研究中重点关注)和酪氨酸激酶(新研究的主题)。
耶鲁大学医学院药理学副教授特克说：“酪氨酸激酶对于细胞间和器官间通讯尤其重要。” “酪氨酸激酶的主要类别与生长因子有关。了解酪氨酸激酶如何发出信号是了解细胞如何相互沟通的关键，这种沟通通常是生长或分裂的信号。”
Turk 说，所有类型的酪氨酸激酶(其中人类中有 78 种)在过度激活时往往会过度发送生长信号，这是肿瘤生长的关键事件。
“这种研究有助于我们了解酪氨酸激酶信号传导的组织，这使我们深入了解激酶如何发送生长信号以及阻断激酶如何可能导致治疗反应，”他说。
在这项研究中，研究人员首先研究了激酶如何识别其目标。蛋白质由氨基酸组成，共有20种;激酶识别它们磷酸化位点周围的短氨基酸串。
具体来说，研究人员将 78 种酪氨酸激酶分别分配到实验室板的各个孔中，将它们与大量不同的氨基酸串混合，然后观察激酶优先磷酸化哪些串。然后他们将激酶的首选字符串与人体内的蛋白质进行比较。
“我们通过这样做学到了一些东西，”特克说。
首先，他们可以在某种程度上开始将激酶与体内的靶标相匹配，这为研究人员提供了有关特定激酶的具体作用的信息。
也许更重要的是，他们的发现使他们能够揭示酪氨酸激酶活性的一些更广泛的规则。特克说，就好像他们开始看到房子的布线，而不仅仅是单个插座的位置。
这些规则之一与酪氨酸激酶如何招募额外的激酶来传播信号级联有关。另一个问题涉及磷酸化位点周围的氨基酸不仅决定磷酸化发生的位置，还决定磷酸化发生的速率。
而且，对于治疗开发来说重要的是，本研究中开发的工具使研究人员能够推断哪些激酶在特定时间在细胞或组织中可能活跃，以及干扰它们可能如何影响它们的功能。
“我们可以使用药物来抑制单个激酶，当我们这样做时，我们可以看到该激酶的活性下降，”特克说。 “酪氨酸激酶抑制剂是主要的靶向癌症治疗方法之一。但癌细胞可以适应这种疗法并对它产生耐药性，导致患者复发。”
利用他们的工具，研究人员可以观察用抑制剂阻断一种激酶有时会导致其他激酶过度激活，这可能解释癌细胞如何适应并继续生长。特克说，这可以帮助研究人员开发更有效的疗法。
展望未来，Turk 的目标是利用这项工作中发现的规则来开始梳理关键的生物过程，并进一步研究不同的细胞如何对各种激酶抑制剂做出反应。
但这项工作对他来说还有另一个重要的收获。
从进化的角度来说，酪氨酸激酶比其他激酶更新，随着多细胞生物的出现而出现。当特克和他的同事将人类酪氨酸激酶与线虫中的酪氨酸激酶(人类进化树分支在数百万年前分化出来的一种蠕虫)进行比较时，两组激酶的特异性，或者它们对目标的特殊性，非常相似。
“这说明这种特殊性以及理解它是如何发生的确实很重要，”特克说。 “它在数百万年的进化过程中得到了保存，大自然不会毫无理由地将其保存得如此精细。”