PI3K-PI(3,4,5)P3-AKT信号通路在细胞的生长、增殖、代谢和迁移等过程中起着重要的调控作用，该信号通路是癌症中突变频率最高的信号通路之一。然而，作为最重要以及研究最多的信号通路之一，PI3K-PI(3,4,5)P3-AKT信号通路在哺乳动物细胞中时空激活的亚细胞定位和调控机制仍不清楚。
2024年11月1日，中国科学院遗传与发育生物学研究所何康敏研究组与中国科学院杭州医学研究所的方晓红研究组合作在Molecular Cell杂志在线发表了题为“Spatial organization of PI3K-PI(3,4,5)P3-AKT signaling by focal adhesions”的研究论文。该研究使用活细胞单分子荧光成像，结合脂质分子探针设计、基因编辑、图像分析等方法，揭示了黏着斑（focal adhesion）调控PI3K-PI(3,4,5)P3-AKT信号通路时空激活的新机制。
PIK3CA是人类癌症中突变频率最高的原癌基因，PTEN是突变频率最高的抑癌基因之一，PIK3CA和PTEN分别调控磷脂类磷酸肌醇分子PI(3,4,5)P3的生成和降解。通过开发高灵敏度的可遗传编码的PI(3,4,5)P3脂质分子探针，利用活细胞单分子荧光成像和图像定量分析，该研究发现PI(3,4,5)P3在细胞膜上介导细胞内外通讯的黏着斑高度富集。通过基因编辑对内源IA型PI3K进行标记，通过单分子成像发现IA型PI3K的激酶催化亚基和调节亚基均动态招募至黏着斑激活。PI(3,4,5)P3招募和激活包括AKT在内的多种信号分子，单分子成像也发现了内源的AKT分子被PI(3,4,5)P3动态招募至黏着斑周围激活。进一步，该研究发现激活的黏着斑激酶（FAK），调控IA型PI3K向黏着斑招募和激活，进而调控PI(3,4,5)P3在黏着斑的动态生成以及AKT的时空招募和激活。此外，该研究发现联合使用PI3Kα和FAK抑制剂，能够对AKT的激活、癌症细胞的生长、迁移和侵袭等产生更强的抑制效果。
因此，该研究通过开发和利用针对脂质分子的多种研究技术和方法，发现了黏着斑调控PI3K-PI(3,4,5)P3-AKT信号时空激活的新机制。以往大量的研究认为PI3K-PI(3,4,5)P3-AKT信号通路的时空激活主要依赖于配体激活的受体酪氨酸激酶或G蛋白偶联受体。而黏着斑作为介导细胞内外通讯的亚细胞结构，其介导的PI3K-PI(3,4,5)P3-AKT信号的时空激活，是一种生长因子非依赖的激活机制，该机制可能是细胞在基础或生理状态下，响应细胞外环境激活PI3K-PI(3,4,5)P3-AKT信号的主要途径。
中国科学院遗传发育所何康敏研究员和中国科学院杭州医学研究所方晓红研究员为本论文的通讯作者，遗传发育所博士生王静、安政旸、吴仲胜以及杭州医学研究所周卫副研究员为该论文的共同第一作者。该研究工作得到了北京大学黄建永研究员和张哲研究员、武汉大学刘郑教授、遗传发育所税光厚研究员和艾有为研究员、复旦大学柳素玲教授等的倾力合作与支持。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。
图：黏着斑调控PI3K-PI(3,4,5)P3-AKT信号时空激活的模式图
