近日，南方科技大学生命科学学院基础免疫与微生物学系刘忠民助理教授团队，与北京大学医学部刘伟研究员团队及华南理工大学李健潮教授团队，在国际权威期刊《自然·通讯》（Nature Communications）发表题为“Structural insights into the dual Ca2+-sensor-mediated activation of the PPEF phosphatase family”的重要研究成果。该研究首次揭示了丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶PPEF家族的双重钙离子传感激活机制，为乳腺癌、胃癌等重大疾病的靶向治疗提供了新的理论依据和潜在干预策略。
作为细胞信号转导的重要调控因子，PPEF家族磷酸酶因其在乳腺癌、胃癌及遗传性视网膜退行性疾病中的关键作用而备受关注。在哺乳动物中，PPEF1在感觉神经元、生殖系统及免疫器官中广泛分布，不仅是乳腺癌发生发展的关键生物标志物，还可作为胃癌mRNA疫苗的潜在靶点；PPEF2则通过调控凋亡信号激酶参与癌症进程，其错义突变与先天性遗传疾病密切相关。然而，与其他磷酸酶家族成员相比，PPEF亚型的结构基础与分子机制长期未明，极大制约了其生物学功能解析及疾病干预策略的开发。
本研究以PPEF家族的原型成员——果蝇视网膜退化蛋白RDGC为切入点，结合冷冻电镜（Cryo-EM）、X射线晶体学和分子生物学等多学科技术，系统解析了RDGC/钙调蛋白（CaM）全酶复合物在无钙（自抑制态，3.6 Å）和钙结合（激活态，2.8 Å）条件下的高分辨率冷冻电镜结构，首次完整描绘PPEF磷酸酶从自抑制到激活的全构象转变路径，同时揭示了PPEF家族的双重调控机制：在静息状态下，CaM与EF-like/EF-hand结构域协同作用，通过延伸IQ基序（extended-IQ motif）形成“分子锁”，封闭催化位点；钙离子结合后，双重传感模块触发延伸 IQ基序发生构象翻转，催化中心暴露，从而实现激活。进一步研究发现，PPEF蛋白磷酸酶的双重钙离子传感激活机制在进化过程中高度保守，这为在原子层面解析PPEF家族诱发癌症、遗传性疾病的分子病理提供了关键结构框架。本研究的关键发现包括：
图 1 PPEF家族蛋白磷酸酶调控机制示意图
本研究首次揭示了PPEF家族磷酸酶通过双重钙传感器协同作用驱动延伸IQ基序“杠杆式”翻转的激活机制，为理解丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶的动态调控提供了新视角（图1）。同时，通过结构-功能解析锁定关键调控位点，为靶向PPEF介导的疾病（如乳腺癌、胃癌及遗传性神经退行性疾病）提供了潜在的精准干预策略。此外，该研究还为其他钙依赖性磷酸酶的调控机制提供了借鉴，为新型药物开发和信号通路研究奠定了基础。
该论文由刘忠民助理教授、刘伟研究员和李健潮教授共同担任通讯作者。医学中心博士研究生刘佳与南方科技大学博士研究生吴藏为共同第一作者。医学中心技术员刘宇扬、陈倩苟，硕士研究生丁玉珍，以及上海有机所潘李锋教授、林芷乔和医学中心肖康博士均为本研究做出了重要贡献。冷冻电镜数据的采集与处理得到了南方科技大学高分辨生物电镜结构研究院及冷冻电镜中心的大力支持。本研究获得了国家自然科学基金、广东省自然科学基金及深圳市基础研究基金的资助与支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-58261-z
