p21 蛋白激活激酶 1； PAK1

p21 CDC42/RAC1 激活激酶 1

HGNC 批准的基因符号：PAK1

细胞遗传学位置：11q13.5-q14.1 基因组坐标（GRCh38）：11:77,322,017-77,530,009（来自 NCBI）

▼ 说明

Rho（RHOA; 165390） 亚家族的 Ras（HRAS; 190020） 相关 GTP 酶或 p21 蛋白是信号转导途径的关键调节因子。p21 激活激酶（PAK） 是丝氨酸/苏氨酸激酶家族，对于信号转导和细胞调节至关重要。PAK 参与多种细胞过程，包括细胞骨架动力学、细胞运动、基因转录、死亡和生存信号传导以及细胞周期进程。因此，PAK 与多种病理状况和细胞转化有关。根据域架构和法规，PAK 家族分为 2 个子家族：I 组和 II 组。I 组为常规 PAK，包括 PAK1、PAK2（605022） 和 PAK3（300142），它们在与 Rho GTPases CDC42（116952） 和 RAC1（602048） 的 GTP 结合形式结合后被激活。第二组，非传统 PAK，包括 PAK4（605451）、PAK5（PAK7；608038） 和 PAK6（608110），它们孤立于 Rho GTPases 发挥作用（Zhao 和 Manser（2005） 以及 Eswaran 等人（2008） 的评论） ）。

▼ 克隆与表达

Manser 等人通过筛选大鼠脑细胞质中与 Rho 亚家族的 p21 蛋白相互作用的蛋白（1994） 鉴定出 3 种蛋白质与人 CDC42 和 RAC1 的 GTP 结合形式相互作用，但与 RHOA 不相互作用。Manser 等人使用 PCR（1994） 分离出其中一种蛋白质 Pak1 的大鼠脑 cDNA。

布朗等人（1996） 使用基于大鼠 Pak1 序列的 PCR 从胎盘 cDNA 文库中克隆了人 PAK1 cDNA。人 PAK1 基因编码 545 个氨基酸的多肽，与大鼠 Pak3 98% 相同，与酵母丝氨酸/苏氨酸激酶 Ste20 52% 相同。

克瑙斯等人（1995） 从中性粒细胞中生化纯化 PAK1 和 PAK2。

▼ 基因功能

克瑙斯等人（1995） 表明用趋化剂 FMLP 刺激中性粒细胞会刺激 PAK1 和 PAK2 的激酶活性。

布朗等人（1996）发现人类PAK1可以在酵母的交配反应途径中替代Ste20。PAK1 的活性是通过与 RAC1 或 CDC42 共表达来诱导的。PAK1 被认为直接作用于 JNK1（601158） MAP 激酶通路。

PAK1 蛋白促进应力纤维和粘着斑的分解。桑德斯等人（1999） 证明，在表达持续活跃的 PAK1 的幼仓鼠肾 21 和 HeLa 细胞中，MLCK（600922） 活性和肌球蛋白轻链磷酸化降低，细胞扩散受到抑制。这些结果表明 MLCK 是 PAK1 的靶标，并且 PAK 可能通过降低 MLCK 活性和肌球蛋白轻链磷酸化来调节细胞骨架动力学。

帕里尼等人（2002）表明PAK1在体内形成同型二聚体，并且其二聚化受到细胞内GTP-CDC42或GTP-RAC1水平的调节。二聚化的PAK1采用反式抑制构象：二聚体中一个PAK1分子的N端抑制部分结合并抑制另一个PAK1分子的催化结构域。一种 GTP 酶相互作用可以导致双方的激活。另一种配体 β-PIX（605477） 可以与二聚化 PAK1 稳定结合。二聚化不促进 PAK1 反式磷酸化。作者得出结论，二聚化的功能意义是允许反式抑制。

瓦德拉姆迪等人（2002） 在乳腺 cDNA 文库的酵母 2-杂交筛选中将细丝蛋白 A（FLNA; 300017） 鉴定为 PAK1 的结合伴侣。通过突变分析，他们将 FLNA 中的 PAK1 结合区定位于 C 末端的串联重复序列 23，并将 PAK1 中的 FLNA 结合区定位于保守的 CDC42（116952）/RAC（602048） 相互作用中的氨基酸 52 和 132 之间。领域。在用生理信号分子刺激后，内源性 FLNA 被 ser2152 上的 PAK1 磷酸化。刺激后，FLNA 与 PAK1 共定位于膜褶边中。在表达 FLNA 的细胞中发现了 PAK1 的皱褶形成活性，但在缺乏 FLNA 的细胞中则没有。

Chen 等人使用酵母 2-杂交分析（2004） 将 PAK1 确定为 OSR1 的靶标（OXSR1; 604046）。OSR1 磷酸化 PAK1 N 端调节域内的 thr84。用 gln 替换 thr84 会降低 CDC42 活性形式对 PAK1 的激活，表明 OSR1 的磷酸化可调节 PAK 的 G 蛋白敏感性。

痘苗病毒是一种原型痘病毒，以 pH 依赖性方式进入细胞。Mercer 和 Helenius（2008） 使用活细胞成像表明，荧光病毒颗粒与丝状伪足相关并沿着丝状伪足移动到细胞体，在诱导大的瞬时膜泡挤出后被内化。PAK1被病毒激活，内吞过程具有巨胞饮的一般特征。病毒泡的诱导、内吞事件和感染都严重依赖于病毒膜中暴露的磷脂酰丝氨酸的存在。Mercer 和 Helenius（2008） 得出结论，这种表型表明痘苗病毒利用凋亡拟态进入细胞。

雷迪等人（2008） 在 PAK1 mRNA 的 3-prime UTR 中鉴定了 microRNA-7-1（MIR7-1; 615239） 的假定结合位点。染色质免疫沉淀和报告基因分析证实，MIR7-1 结合 PAK1 3-prime UTR 并下调 PAK1 表达。雷迪等人（2008） 发现 HOXD10（142984） 通过与 MIR7-1 启动子结合上调 MIR7-1 表达。HOXD10 或 MIR7-1 的过度表达会下调 PAK1 的表达。在具有高度侵袭性和致瘤性的 MDA-MB231 乳腺癌细胞中，MIR7-1 表达抑制细胞运动、侵袭性以及以不依赖贴壁的方式生长的能力。MIR7-1还降低了裸鼠MDA-MB231细胞的致瘤潜力。

李等人（2012） 表明人 PAK1 与锌指蛋白 MORC2 相互作用（616661）。他们发现，电离辐射诱导的 DNA 双链断裂之后，MORC2 在 ser739 上发生 PAK1 依赖性磷酸化。MORC2 的磷酸化激活其 DNA 和核小体依赖性 ATP 酶活性，导致组蛋白 H2AX（H2AFX；601772） 磷酸化、磷酸化 H2AX 病灶形成、染色质松弛和双链断裂修复。PAK1 或 MORC2 失活会减少 DNA 损伤修复。PAK1-MORC2 通路位于 ATM（607585） 下游，但孤立于 ATM-KAP1（TRIM28; 601742） DNA 损伤修复通路。

▼ 生化特征

雷等人（2000） 以 2.3 埃的分辨率确定了 PAK1 N 端自动调节片段和 C 端激酶结构域之间复合物的晶体结构。该结构表明，GTPase 结合会触发一系列构象变化，从 PAK1 二聚体的破坏开始，到激酶活性位点重排至催化状态结束。抑制开关（IS） 结构域与 PAK1 的 GTP 酶结合区域重叠，将多肽片段定位在激酶裂隙上。GTPase 结合重新折叠 IS 结构域的一部分并展开其余部分。作者指出，在 Wiskott-Aldrich 综合征蛋白（WASP；301000）中发现了相关的转换。

▼ 测绘

贝克里等人（1997） 通过包含在映射克隆中，将 PAK1 基因对应到 11q13-q14。

▼ 分子遗传学

Harms 等人在 2 名患有智力发育障碍（伴有大头畸形、癫痫发作和言语迟缓）的无关男孩中（IDDMSSD；618158）（2018） 鉴定了 PAK1 基因中的从头杂合错义突变（Y131C, 602590.0001 和 Y429C, 602590.0002）。这些突变是通过全外显子组测序发现的，并通过桑格测序证实。患者来源的成纤维细胞显示某些下游 PAK1 靶标的磷酸化程度不同程度地增加，包括 JNK1（MAPK8; 601158）、AKT1（164730） 和 JUN（165160），表明突变型 PAK1 对这些途径具有刺激作用。与对照相比，患者细胞还表现出 PAK1 激酶活性增加的趋势，这与突变导致的功能获得效应一致。体外功能表达测定表明，突变蛋白与野生型 PAK1 的共沉淀和二聚化减少（与对照相比减少了 30-42%）。在细胞扩散测定中，与对照组相比，患者成纤维细胞显示出丝状伪足（尖状形态）增加和片状伪足（褶边、圆形）减少，表明这些突变影响肌节蛋白动力学和细胞形态。PAK1 活性的药物抑制可挽救细胞扩散的形态异常。研究结果表明 PAK1 在大脑发育中发挥着重要作用。

▼ 动物模型

黄等人（2011）指出，敲除小鼠中的 Pak1 或 Pak3 不会导致明显的异常。他们发现 Pak1 和 Pak3 的双敲除（DK） 导致小鼠出生时健康，大脑大小和结构正常。然而，由于神经元细胞体积减少、轴突和树突分支减少以及突触密度减少，DK 小鼠出生后大脑生长严重受损。在行为上，DK 小鼠过度活跃和焦虑，与野生型小鼠相比，它们表现出学习缺陷。DK 小鼠的这些结构和功能缺陷与海马体电生理活动异常和突触丝丝蛋白丝切蛋白（见 601442）活性增强有关。

▼ 等位基因变异体（2 个选定示例）：

.0001 智力发育障碍，伴有大头畸形、癫痫发作和言语迟缓
PAK1、TYR131CYS

Harms 等人研究了一名 7 岁男孩（患者 1），其父母为阿拉伯近亲，患有智力发育障碍，伴有大头畸形、癫痫发作和言语迟缓（IDDMSSD；618158）（2018） 在 PAK1 基因中发现了一个从头杂合的 c.392A-G 转变（c.392A-G, NM_001128620.1），导致自抑制中高度保守的残基处发生 tyr131 到 cys（Y131C） 取代（AID） 域。该突变是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的，在 dbSNP（版本 138）、1000 基因组计划、外显子组变异服务器、ExAC 或 gnomAD 数据库中未发现该突变。该患者还携带另一个基因的变异体，该变异体被认为与表型无关。患者成纤维细胞显示下游 PAK1 靶标的磷酸化增加，包括 JNK1（MAPK8; 601158）、AKT1（164730） 和 JUN（165160），以及与对照组相比 PAK1 激酶活性增加的趋势，表明该突变导致功能增益。哈姆斯等人（2018） 假设 AID 结构域的突变可能会破坏二聚化并对反式抑制产生负面影响。

.0002 智力发育障碍，伴有大头畸形、癫痫发作和言语延迟
PAK1、TYR429CYS

Harms 等人在一名 5 岁男孩（患者 2）中进行了研究，该男孩的父母是非亲属白人，患有智力发育障碍，伴有大头畸形、癫痫发作和言语迟缓（IDDMSSD；618158）（2018） 在 PAK1 基因中发现了一个从头杂合的 c.1286A-G 转变（c.1286A-G, NM_001128620.1），导致激酶中高度保守的残基处发生 tyr429 到 cys（Y429C） 取代领域。该突变是通过全外显子组测序发现并经桑格测序证实的，在 dbSNP（版本 138）、1000 基因组计划、外显子组变异服务器、ExAC 或 gnomAD 数据库中未发现该突变。该患者还携带其他基因变异，这些变异被认为与表型无关。与对照组相比，患者成纤维细胞显示下游 PAK1 靶标（主要是 JUN（165160））的磷酸化增加，并且 PAK1 激酶活性有增加的趋势，表明该突变导致功能获得。哈姆斯等人（2018） 假设激酶结构域的突变可能导致构象变化，从而将激酶活性位点捕获到催化活性状态。