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Polo样蛋白质激酶1（Polo-like kinase1，PLK1）在细胞周期尤其有丝分裂期中起着关键的作用，并在多种癌细胞当中过表达，因此被认为是重要的抗癌药物靶点。PLK1由N端保守的激酶催化结构域（Kinase domain，KD）和C端独特的PBD结构域(Polo-box domain，PBD)组成，其中PBD在与磷酸化多肽结合以及PLK1亚细胞定位中具有重要的作用。PLK1的活性在细胞周期中受到严密的调控。在细胞周期的分裂间期，PLK1处于自抑制状态，其中PBD结合激酶域KD并抑制KD的激酶活性;与此同时KD反过来抑制PBD与磷酸化多肽的结合。在G2/M期，Aurora A激酶在Bora蛋白的辅助下磷酸化PLK1激酶域的活化环区(Activation-loop)上保守的苏氨酸T210而活化PLK1。在分裂期，PLK1可以被结合到PBD上的磷酸化多肽活化。在分裂后期，PLK1通过其保守的丝氨酸S137被上游激酶磷酸化而进一步被活化。然而，由于缺乏PLK1全长或者KD-PBD复合物的晶体结构，PLK1的自抑制以及活化机制尚不清楚。 本论文通过计算化学、生物化学、结构生物学等多种研究手段对PLK1自抑制及活化机制进行深入研究，成功解析了PLK1的首个KD-PBD复合物晶体结构，该结构包含斑马鱼PLK1的KD和PBD两个结构域，以及果蝇的微管结合蛋白205（Microtubule-associated protein205，Map205）的PBD结合片段Map205PBM。PBD主要通过其L1和L2连接区域结合在KD的N-lobe，铰链区，C-lobe所组成的连续表面，显著限制这些区域的柔性，从而抑制激酶的活性。而另一方面，KD的结合也抑制PBD的L2连接区由磷酸化多肽结合所引起的结构变化，因此抑制PBD与磷酸化多肽的结合。通过体外生化实验，我们首次揭示了KD和PBD之间的连接区域(Inter-domain Linker, IDL)对KD有直接抑制作用，同时还抑制活化环区(Activation loop)上保守苏氨酸T196(人PLK1上的T210)的磷酸化。基于复合物的晶体结构与体外生化数据，我们提出PLK1的自抑制及活化的多层次调控模型。 此外，复合物的晶体结构显示Map205PBM的结合位点位于PBD上，处于KD与PBD界面的背面，部分区域与磷酸化多肽结合位点重叠。该结构合理地理解Map205结合PBD并稳定PLK1的实验现象，给理解Map205在调控果蝇Polo活性的生物学功能提供结构的基础。进一步的结构分析显示，Map205PBM是我们得以在世界上首次成功解析PLK1的KD和PBD复合物晶体结构的关键，它如同分子胶水一样同时结合相邻非对称单元而促进晶体的堆积。 总之，该复合物的三维精细结构给人们在分子水平上理解PLK1蛋白激酶的自抑制及活化等调控机制提供了清晰的框架，也为基于PLK1复合物晶体结构基础进行创新药物研发提供了理想的平台。