丝裂原激活蛋白激酶激酶 1； MAP2K1

蛋白激酶，丝裂原激活，激酶 1； PRKMK1
MKK1; MAPKK1
MAPK/ERK 激酶 1； MEK1

HGNC 批准的基因符号：MAP2K1

细胞遗传学位置：15q22.31 基因组坐标（GRCh38）：15:66,386,912-66,491,544（来自 NCBI）

▼ 克隆与表达

丝裂原激活蛋白（MAP）激酶，也称为细胞外信号调节激酶（ERK）（参见 ERK2 或 MAPK1；176948），被认为是多种生化信号的整合点，因为它们被多种信号激活细胞外信号的苏氨酸和酪氨酸残基快速磷酸化，并且在进化中高度保守（Crews 等，1992）。关键的蛋白激酶位于 MAP 激酶的上游，可刺激 MAP 激酶的酶活性。克鲁斯等人（1992）克隆了一个 cDNA，他们将其命名为 Mek1（Map/Erk 激酶-1），它编码该蛋白激酶家族的一个成员。这个由 393 个氨基酸组成、43.5 kD 的蛋白质在大小和序列上与粟酒裂殖酵母 byr1 基因编码的产物最密切相关。 Mek1 基因在小鼠大脑中高表达。

塞格等人（1992）从人类 T 细胞 cDNA 文库中克隆了编码人类 Mek1 同源物的 cDNA，他们将其标记为 MKK1。预测的蛋白质的计算分子量为 43 kD。他们还分离出了一种相关的 cDNA，称为 MKK1b，它似乎是 MKK1 的选择性剪接形式。塞格等人（1992）通过 Northern 印迹分析在所有检查的组织中检测到 2.6-kb MKK1 转录物。

Cheng和Guan（1993）也克隆了与MEK1相对应的人类cDNA。他们指出，这种 393 个氨基酸的蛋白质与鼠 Mek1 具有 99% 的氨基酸同一性，与人类 MEK2（601263）具有 80% 的同源性。作者对人类 MEK1 和 MEK2 基因产物进行了生化表征。该基因也被标记为 MAP2K1 或 PRKMK1。

▼ 测绘

Rampoldi 等人使用辐射混合测绘（1997）将 MAP2K1 基因定位于 15q22.1-q22.33。通过体细胞杂交分析和 FISH，Meloche 等人（2000）将 MAP2K1 对应到 15q21，将假基因 MAP2K1P1 对应到 8p21。布罗特等人（1993）将小鼠 Mek1 基因对应到染色体 9。

▼ 基因功能

克鲁斯等人（1992）发现细菌中表达的小鼠Mek1蛋白在体外磷酸化了Erk基因产物。

塞格等人（1992）发现 COS 细胞中 MKK1 的过度表达导致佛波酯刺激的 MAP 激酶激酶活性增加。 Seger 和 Krebs（1995）回顾了 MAP 激酶信号级联。

瑞安等人（2000）表明，抑制 MEK1 可阻断 p53（191170）诱导的 NF-kappa-B 激活和细胞凋亡，但不会阻断细胞周期停滞。他们证明 p53 通过 RAF/MEK1/p90（rsk）（参见 601684）途径而不是 TNFA（191160）使用的 TNFR1（191190）/TRAF2（601895）/IKK（例如 600664）途径激活 NF-kappa-B ）。

为了阐明 MAPK 信号传导调节转录因子 MYOD（159970）家族的机制，Perry 等人（2001）研究了信号中间体 MEK1 在肌生成中的作用。激活的 MEK1 的转染强烈抑制 MYOD 家族的基因激活和肌原性转化。这种抑制不是由 MYOD 的直接磷酸化或 MYOD 稳定性或亚细胞分布的变化介导的。删除图谱显示 MEK1 介导的抑制需要 MYOD N 端反式激活结构域。此外，活化的 MEK1 位于核内，并以依赖于 MYOD N 末端存在的方式结合含有 MYOD 的复合物。这些数据表明，MEK1 信号传导通过涉及 MEK1 与核 MYOD 转录复合物结合的机制对 MYOD 活性产生强烈的负面影响。

竹川等人（2005）确定了一个保守的对接位点，他们将其称为“多功能对接域”（DVD），紧邻哺乳动物 MAPKK 催化结构域（包括 MEK1）的 C 末端。他们确定 DVD 位点包含大约 20 个氨基酸并与特定的上游 MAPKKK 结合。无论是在体外还是在体内，DVD 位点突变都强烈抑制 MAPKK 与其特定的 MAPKKK 结合并被其激活。含有DVD位点突变的MAPKK在体内不能被各种外部刺激激活，而合成的DVD寡肽在体外和体内均抑制特定的MAPKK激活。竹川等人（2005）得出结论，DVD 对接在 MAPK 信号传导中至关重要。

绍尔等人（2007）发现小鼠皮肤中 Mek1 或 Mek2 的条件性缺失对表皮发育没有影响，但在胚胎发育期间或成年期联合 Mek1/Mek2 缺失消除了 Erk1（MAPK3; 601795）/Erk2 磷酸化并导致增殖不足，细胞凋亡、皮肤屏障缺陷和死亡。相反，任一等位基因的单个副本足以正常发育。 Mek1/Mek2 联合缺失也消除了 Raf（RAF1; 164760）诱导的过度增殖。为了检查联合 MEK 缺失对人类皮肤的影响，Scholl 等人（2007）使用小干扰RNA删除正常原代人角质形成细胞中MEK1和MEK2的表达，并使用这些细胞在人真皮上再生人表皮组织，并将其移植到免疫缺陷小鼠身上。对照角质形成细胞或缺乏 MEK1 或 MEK2 的角质形成细胞能够在移植后 6 天再生。相比之下，MEK1 和 MEK2 的联合耗尽会导致移植失败或表皮明显发育不良，但仍含有完整的角质层。 ERK2 表达挽救了该缺陷。绍尔等人（2007）得出结论，MEK1 和 MEK2 在表皮中具有功能冗余，并且在 MAPK 通路中以线性中继方式发挥作用。

今井等人（2008）使用小鼠模型来探索肥胖增强胰腺 β 细胞质量的机制，即胰岛素抵抗的病理生理补偿。今井等人（2008）发现肝脏通过表达组成型活性 MEK1 激活细胞外调节激酶（ERK1; 601795）信号，通过神经元介导的代谢信号中继诱导胰腺 β 细胞增殖。这种从肝脏到胰腺的代谢中继参与了肥胖引起的胰岛扩张。在胰岛素缺乏型糖尿病小鼠模型中，肝脏选择性激活 ERK 信号可增加 β 细胞质量并使血糖水平正常化。因此，今井等人（2008）得出结论，器官间代谢中继系统可能作为糖尿病再生治疗的有价值的目标。

查德兰等人（2008）在 ERK2 和 SMAD3（603109）中发现了一个 SPS 基序，在 MEK1 中发现了一个类似的 TPT 基序，当磷酸化时，该基序可指导蛋白质核积累。

▼ 生化特征

晶体结构

布伦南等人（2011）整合结构和生化研究，以了解 Ras 激酶抑制因子（KSR）如何促进 MEK 的刺激性 Raf 磷酸化。他们从人 KSR2（610737）与兔 MEK1 复合物的激酶结构域（KD）的晶体结构中发现，KSR2（KD）和 MEK1 之间的相互作用是由各自的激活片段和 C 叶 α-G 螺旋介导的。与 BRAF（164757）类似，KSR2 通过涉及 arg718 的侧对侧界面进行自关联，arg718 是在遗传筛选中被鉴定为 Ras 信号传导抑制因子的残基。 ATP 与 KSR2（KD）催化位点结合，Brennan 等人（2011）通过体外测定和化学遗传学证明了 KSR2 激酶对 MEK1 的活性。在KSR2（KD）-MEK1复合物中，两种激酶的激活片段相互约束，并且KSR2采用非活性构象。 BRAF 变构刺激 KSR2 的激酶活性，这依赖于侧对侧 KSR2-BRAF 异二聚体的形成。此外，KSR2-BRAF 异二聚化通过 KSR2 介导的 BRAF 信号中继释放 MEK 磷酸化激活片段，导致 BRAF 诱导的 MEK 磷酸化增加。布伦南等人（2011）提出 KSR 与顺式调节 Raf 分子相互作用，诱导 MEK 构象转换，通过反式单独的催化 Raf 分子促进 MEK 磷酸化。

冷冻电子显微镜

帕克等人（2019）使用冷冻电子显微镜确定了全长 BRAF 与 MEK1 以及 eta（YWHAH; 113508）和 zeta（YWHAZ; 601288）的 14-3-3 二聚体复合物的自抑制和活性状态结构。重建揭示了一个无活性的 BRAF-MEK1 复合物被限制在由 14-3-3 二聚体形成的摇篮中，该二聚体与 BRAF 激酶结构域侧翼的磷酸化 S365 和 S729 位点结合。 BRAF 富含半胱氨酸的结构域占据稳定该组装的中心位置，但相邻的 RAS 结合结构域排列不良且位于外围。 14-3-3 摇篮通过隔离膜结合富含半胱氨酸的结构域并阻断 BRAF 激酶结构域的二聚化来维持自身抑制。在活性状态下，这些抑制性相互作用被释放，并且单个 14-3-3 二聚体重新排列以桥接 2 个 BRAF 的 C 端 pS729 结合位点，从而驱动活性、背对背 BRAF 二聚体的形成。

▼ 分子遗传学

心面皮肤综合征

Rodriguez-Viciana 等人在 2 名患有心面皮肤综合征（CFC3; 615279）的患者中（2006）鉴定了 MEK1 基因中的突变（F53S，176872.0001；Y130C，176872.0002）。有趣的是，一名患者在 phe53（F53）处存在突变，该突变相当于 MEK2 基因中的 phe57（F57），而另一名 CFC 患者则存在错义突变（F57C; 601263.0001）。

Gripp 等人在 5 名 CFC3 患者中（2007）鉴定出 MEK1 基因的杂合突变。 3 名患者具有先前发现的 Y130C 突变，2 名患者具有新突变（176872.0004 和 176872.0005）。

舒尔茨等人（2008）在 51 名 CFC 患者中，有 5 名（9.8%）发现了 MAP2K1 基因突变（参见例如 176872.0003）。

孤立性骨质增生的体细胞突变

Kang 等人在 8 名患有孤立性骨质增生（MEL; 155950）患者的受影响骨骼样本中（2018）鉴定了 MAP2K1 基因错义突变（Q56P，176872.0006；K57N，176872.0007；和 K57E，176872.0008）的体细胞嵌合，这些突变在未受影响的骨骼或外周血白细胞中不存在。受影响的骨骼中突变等位基因频率为 3% 至 34%。作者指出，所有 3 个 MAP2K1 变体先前已被证明会引起功能获得效应，并在恶性肿瘤中检测到，包括肺癌、黑色素瘤和毛细胞白血病。功能分析证实激活增强，导致成骨细胞增殖增加；然而，矿化和分化也减少，这与受影响的骨组织中未矿化的类骨质大量积累的组织学发现一致，并且破骨细胞活性增加，如在软性骨中发生的强烈重塑所表明的那样。

黑色素瘤的体细胞突变

尼古拉耶夫等人（2012）进行了外显子组测序，以检测 7 种黑色素瘤细胞系和供体匹配的种系细胞中蛋白质编码区的体细胞突变。所有黑色素瘤样本都存在大量体细胞突变，这显示出紫外线诱导 DNA 修复的标志。来自同一个体的两个转移瘤中的肿瘤样本特异性突变不存在这样的标志。两种具有非典型 BRAF 突变的黑色素瘤含有功能获得性 MAP2K1 和 MAP2K2（MEK2; 601263）突变，导致 ERK 结构性磷酸化和对 MEK 抑制剂的更高耐药性。对更大的黑色素瘤患者群体进行筛查后发现，存在反复出现的体细胞 MAP2K1 和 MAP2K2 突变，其总体发生频率为 8%。

▼ 其他特点

MEK1 的组成型激活导致细胞转化。因此，这种蛋白激酶代表了增殖性疾病药物干预的可能目标。为了鉴定该途径的小分子抑制剂，Sebolt-Leopold 等人（1999）使用细菌纯化的 MEK1 和 MAPK 谷胱甘肽-S-转移酶融合蛋白开发了体外级联测定。塞博尔特-利奥波德等人（1999）报道了一种高效、选择性的 MEK1 抑制剂的发现，他们将其称为 PD184352，实际上是 2-（2-氯-4-碘-苯氨基）-N-环丙基甲氧基-3,4-二氟-苯甲酰胺。 PD184352 具有口服活性。使用这种抑制剂治疗后，患有小鼠和人类结肠癌的小鼠的肿瘤生长被抑制高达 80%。多种剂量（50% 抑制浓度为 17 纳摩尔）均取得了疗效，且没有毒性迹象，并且与切除肿瘤中 MAPK 水平的降低相关。塞博尔特-利奥波德等人（1999）得出的结论是，这些数据表明 MEK 抑制剂代表了一种有前途的、无细胞毒性的结肠癌临床治疗方法。

假结核耶尔森菌的毒力因子 YopJ 是一种 33 kD 的蛋白质，可干扰多种信号传导途径。这些包括抑制细胞外信号调节激酶 ERK、c-jun NH2 末端激酶（JNK）和 p38 丝裂原激活蛋白激酶途径，以及抑制核因子 kappa B（NF-kappa-B；参见 164011）途径。 YopJ 的表达与耶尔森氏菌诱导细胞凋亡有关。 Orth 等人使用基于 LexA-YopJ 融合蛋白和 HeLa cDNA 文库的酵母 2 杂交筛选（1999）鉴定了 YopJ 的哺乳动物结合伴侣。其中包括 GAL4 激活结构域与 MAPK 激酶 MKK1、MKK2（601263）和 MKK4/SEK1（601335）的融合蛋白。 YopJ 被发现在体外直接结合 MKK，包括 MKK1、MKK3（602315）、MKK4 和 MKK5（602448）。 YopJ 与 MKK 的结合阻断了 MKK 的磷酸化和随后的激活。这些结果解释了 YopJ 在抑制 ERK、JNK、p38 和 NF-kappa-B 信号通路、阻止细胞因子合成和促进细胞凋亡方面的多种活性。在许多动植物细菌病原体中发现的 YopJ 相关蛋白可能具有阻断 MKK 的功能，从而在感染时调节宿主信号反应。

甲型流感病毒是全世界发病和死亡的重要原因。每年更新的疫苗可以预防疾病，而抗病毒药物是疾病早期的有效治疗方法，此时症状通常是非特异性的。病毒复制由细胞内信号事件支持。 Pleschka 等人使用 U0126（一种 MEK1 和 MEK2 的无毒抑制剂，因此也是 RAF1/MEK/ERK 途径的抑制剂（参见 Favata 等人（1998））（2001）检查了细胞对甲型流感感染的反应。U0126 抑制了病毒感染后的早期和晚期 ERK 激活阶段。信号通路的抑制不会损害病毒 RNA 或蛋白质的合成，也不损害病毒核糖核蛋白复合物（RNP）进入细胞核的情况。相反，U0126 抑制 RAF/MEK/ERK 信号传导和病毒 RNP 的输出，而不影响细胞 mRNA 输出途径。普莱施卡等人（2001）提出 ERK 调节参与病毒核输出蛋白功能的细胞因子。他们认为，局部应用 MEK 抑制剂可能对宿主只有轻微的毒性作用，同时抑制病毒复制，不会产生耐药病毒变种。

▼ 动物模型

吉鲁等人（1999）通过插入诱变破坏了小鼠 Mek1 基因。无效突变是隐性致死的，纯合突变胚胎在妊娠 10.5 天时死亡。组织病理学分析显示迷路区域血管内皮细胞显着减少，导致胎盘血管化减少。未能形成功能性胎盘被认为是胚胎死亡的可能原因。细胞迁移测定表明，纤连蛋白（135600）无法诱导 Mek1 缺失的成纤维细胞迁移，而重新引入 Mek1 表达可恢复其迁移能力。

▼ 等位基因变异体（8 个精选示例）：

.0001 心面皮肤综合征 3
MAP2K1、PHE53SER

在患有心面皮肤综合征（CFC3; 615279）的患者中，Rodriguez-Viciana 等人（2006）在 MEK1 基因的核苷酸 158（c.158T-C, NM_002755）处鉴定出 T 到 C 的转变，导致密码子 53（F53S）处苯丙氨酸到丝氨酸的取代。患者的父母均未发现这种突变。有趣的是，在另一名 CFC 患者（F57C；601263.0001）中发现了 MEK2（601263）中等效密码子的突变。

通过体外研究，Senawong 等人（2008）发现 MEK1 突变体 F53S 和 Y130C 以及 MEK2 突变体 F57C 不能诱导 ERK 信号传导，除非在调节环中的 2 个同源丝氨酸残基处被 RAF 磷酸化。当这些丝氨酸残基被丙氨酸取代时，ERK 磷酸化在 RAF 存在下显着降低。然而，F57C MEK2 突变体对 RAF 信号传导的依赖程度低于其他突变体。这种差异导致 F57C MEK2 对选择性 RAF 抑制剂 SB-590885 具有抗性。然而，所有 3 个突变体都对 MEK 抑制剂 U0126 敏感。塞纳翁等人（2008）表明 MEK 抑制可能对 CFC 具有潜在的治疗价值。

.0002 心面皮肤综合征 3
MAP2K1、TYR130CYS

在患有心面皮肤综合征（CFC3; 615279）的患者中，Rodriguez-Viciana 等人（2006）鉴定了 MEK1 基因的核苷酸 389（c.389A-G, NM_002755）处 A 到 G 转变的杂合性，导致蛋白激酶结构域中密码子 130（Y130C）处酪氨酸到半胱氨酸的取代。

Gripp 等人在 3 名患有 CFC3 的儿童（患者 136、146 和 163）中进行了研究（2007）鉴定了 MEK1 基因中 Y130C 突变的杂合性。

.0003 心面皮肤综合征 3
MAP2K1、GLY128VAL

在患有心面皮肤综合征（CFC3; 615279）的患者中，Schulz 等人（2008）鉴定了 MAP2K1 基因外显子 3 中的杂合 383G-T 颠换，导致 gly128 至 val（G128V）取代。

.0004 心面皮肤综合征 3
MAP2K1、3-BP DEL、AAG、EX2

Gripp 等人对一名患有心面皮肤综合征 3（CFC3; 615279）的 8 岁女孩（患者 144）进行了研究（2007）在 MEK1 基因的外显子 2 中发现了 3 bp 缺失（AAG），导致蛋白激酶样结构域起始处的赖氨酸（K59del）缺失。

.0005 心面皮肤综合征 3
MAP2K1、PRO124GLN

Gripp 等人在一名患有心面皮肤综合征 3（CFC3; 615279）的 7 周大男性（患者 95）中进行了研究（2007）在 MEK1 基因的外显子 3 中发现了 c.371C-A 颠换，导致蛋白激酶结构域中的 pro124 变为 gln（P124Q）。

.0006 MELORHEOSTOSIS，孤立的，躯体马赛克
MAP2K1、GLN56PRO

Kang 等人在 3 名患有 melorheostosis（MEL; 155950）患者（Melo-4、Melo-9 和 Melo-19）的受影响骨骼样本中（2018）鉴定了 MAP2K1 基因外显子 2 中 c.167A-C 颠换（c.167A-C, NM_002755）的体细胞镶嵌现象，导致 α 螺旋内发生 gln56 到 pro（Q56P）的取代负调控域。受影响的骨骼中突变等位基因频率为 9% 至 28%；在未受影响的骨骼、外周血白细胞或 ExAC 数据库中均未发现该变异。对患者 Melo-4 上层皮肤的分析显示，该变异的等位基因频率为 12.5%。对培养的患者成骨细胞进行的蛋白质印迹分析显示，与未受影响的骨细胞相比，MAP2K1 靶激酶 ERK1（MAPK3; 601795）和 ERK2（MAPK1; 176948）的磷酸化增加，证实了 Q56P 变体的功能获得效应，并且水平MEK1 激活 ERK1/2 的能力通常与突变等位基因频率相关。

.0007 MELORHEOSTOSIS，孤立的，躯体马赛克
MAP2K1、LYS57ASN

Kang 等人在 4 名患有 melorheostosis（MEL; 155950）的患者（Melo-2、Melo-6、Melo-16 和 Melo-18）的受影响骨骼样本中（2018）鉴定了 MAP2K1 基因外显子 2 中 c.171G-T 颠换（c.171G-T, NM_002755）的体细胞镶嵌现象，导致 α 螺旋内 lys57 到 asn（K57N）的取代负调控域。受影响骨骼中突变等位基因的频率范围为 3% 至 34%；在未受影响的骨骼、外周血白细胞或 ExAC 数据库中均未发现该变异。对 3 名患者上层皮肤的分析显示，该变异的等位基因频率为 4.1% 至 16.2%；在疾病负担较低的患者 Melo-16 的皮肤中未检测到该变异。对培养的患者成骨细胞进行的蛋白质印迹分析显示，与未受影响的骨细胞相比，MAP2K1 靶激酶 ERK1（MAPK3; 601795）和 ERK2（MAPK1; 176948）的磷酸化增加，证实了 K57N 变体的功能获得效应，并且水平MEK1 激活 ERK1/2 的能力通常与突变等位基因频率相关。与增强的激活一致，受影响的成骨细胞在体外表现出细胞增殖增加；然而，受影响的成骨细胞的矿化和分化也减少，破骨细胞活性增加。

.0008 MELORHEOSTOSIS，孤立的，躯体马赛克
MAP2K1、LYS57GLU

Kang 等人在患有 Melorheostosis（MEL; 155950）的患者（Melo-10）受影响的骨骼样本中（2018）鉴定了 MAP2K1 基因外显子 2 中 c.169A-G 转变（c.169A-G, NM_002755）的体细胞镶嵌现象，导致 α 螺旋内的 lys57-to-glu（K57E）取代负调控域。受影响骨骼中突变等位基因频率为 18%；在未受影响的骨骼、外周血白细胞或 ExAC 数据库中均未发现该变异。对培养的患者成骨细胞进行的蛋白质印迹分析显示，与未受影响的骨细胞相比，MAP2K1 靶激酶 ERK1（MAPK3; 601795）和 ERK2（MAPK1; 176948）的磷酸化增加，证实了 K57E 变体的功能获得效应。