細胞周期調控因子p27kip1在調節細胞周期進程中發揮重要作用。高表達導致細胞周期停滯，低表達或不表達導致細胞凋亡。美國德州大學安德森癌症中心以及加拿大多倫多大學等單位的研究人員發現，p27kip1第198位蘇氨酸（Thr-198）的磷酸化會增強其穩定性，在營養匱乏的環境中進行自噬(產能細胞器的分解代謝)和繼續細胞增殖。研究詳細內容刊登於Nature Cell Biology。 腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)介導的CDK抑制劑p27kip1的磷酸化，促進p27kip1的穩定（stabilization），誘導p27kip1在細胞壓力反應中進行自噬(autophagy)。
Gordon B. Mills等研究人員從周期中的MCF-7細胞分離p27kip1，利用雙向磷酸醯化多肽圖譜（two-dimensional phosphopeptide mapping，生物通編者譯）鑑別出7個磷酸化位點。Mills等發現將其中Thr-198磷酸化位點突變，會使蛋白變得穩定（protein stabilization）。已知提高的p27kip1表達量會導致細胞周期停滯，研究人員發現血清匱乏環境中，細胞p27kip1的穩定與自噬作用同時出現。
AMP由代謝應激（metabolic stress）產生，通過對p53等靶標進行磷酸化阻止細胞周期進程和蛋白質合成，AMPK可以感覺細胞內AMP的表達水平。奇怪的是，體外實驗顯示，AMPKα1重組子會對Thr-198的p27kip1磷酸化。而且，細胞飢餓狀態下，AMPK的活化作用導致p27kip1介導的自噬作用。這些發現將p27kip1的活性和細胞微環境聯繫起來，提示營養水平在介導p27kip1蛋白穩定性中發揮關鍵作用。很明顯，MAPK-、AKT-和UV反應途徑不會影響靜止細胞Thr-198的磷酸化。
文章中說，p27kip1是細胞在營養匱乏環境中進行凋亡/自噬的關鍵決定因素，siRNA將飢餓細胞的p27kip1沉默會導致細胞凋亡。同樣，從p27kip1敲除小鼠分離出來的小鼠胚胎纖維原（mouse embryonic fibroblasts ，MEFs）在對AMPK活化反應中出現凋亡跡象，野生型MEFs呈現廣泛的自噬跡象。在尋找與p27kip1相互作用的會影響自噬反應蛋白的過程中，Mills等發現細胞周期蛋白激酶4（cyclin dependent protein kinase 4，Cdk4）優先與磷酸化的p27kip1結合、敲除Cdk2或者Cdk4都會刺激自噬。
這些結果對p27kip1在細胞周期中的作用進行了細緻描述：高表達導致細胞周期停滯；低表達促進營養匱乏環境中的細胞進行自噬；敲除p27kip1會導致細胞凋亡。
腫瘤微環境是一個營養匱乏和細胞壓力位點，所以這項新發現提供了一個研究「惡劣」環境下腫瘤細胞逃脫凋亡命運的新著眼點。
| The energy sensing LKB1-AMPK pathway regulates p27(kip1) phosphorylation mediating the decision to enter autophagy or apoptosis. | ||
Liang J, Shao SH, Xu ZX, Hennessy B, Ding Z, Larrea M, Kondo S, Dumont DJ, Gutterman JU, Walker CL, Slingerland JM, Mills GB Department of Molecular Therapeutics, University of Texas MD Anderson Cancer Center, 1515 Holcombe Boulevard, Houston, TX 77030, USA. | ||
Nutrients and bioenergetics are prerequisites for proliferation and survival of mammalian cells. We present evidence that the cyclin-dependent kinase inhibitor p27(Kip1), is phosphorylated at Thr 198 downstream of the Peutz-Jeghers syndrome protein-AMP-activated protein kinase (LKB1-AMPK) energy-sensing pathway, thereby increasing p27 stability and directly linking sensing of nutrient concentration and bioenergetics to cell-cycle progression. Ectopic expression of wild-type and phosphomimetic Thr 198 to Asp 198 (T198D), but not unstable Thr 198 to Ala 198 (p27(T198A)) is sufficient to induce autophagy. Under stress conditions that activate the LKB1-AMPK pathway with subsequent induction of autophagy, p27 knockdown results in apoptosis. Thus LKB1-AMPK pathway-dependent phosphorylation of p27 at Thr 198 stabilizes p27 and permits cells to survive growth factor withdrawal and metabolic stress through autophagy. This may contribute to tumour-cell survival under conditions of growth factor deprivation, disrupted nutrient and energy metabolism, or during stress of chemotherapy. Nat. Cell Biol. (2007) |