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Science | 营养物质感受蛋白SAMTOR是如何被发现的

王初课题组 2021-08-31 09:14:53

        大家好,今天给大家带来的是发在science上的一篇文章,作者来自于MIT的David Sabatini。该实验室关注哺乳动物中营养物质的代谢和感知。

        氨基酸甲硫氨酸被广泛认为对动物生理学具有有趣的作用。低蛋氨酸饮食延长寿命和整体健康,特别是葡萄糖稳态。本文作者描述了甲硫氨酸限制和生长调节剂mTOR复合物1(mTORC1)之间潜在的分子联系,mTOR复合物1(mTORC1)是一种经过良好验证的生物体寿命和健康跨度调节因子。他们确定了一种名为SAMTOR的足球直播免费高清无插件直播,作为mTORC1上游营养物质感应途径的一个组成部分。SAMTOR直接结合由蛋氨酸制成的代谢物S-腺苷甲硫氨酸(SAM),并且是调节mTORC1对蛋氨酸反应所必需的。

        mTOR复合物1(mTORC1)调节细胞生长和代谢以响应多个环境线索。营养素信号通过Rag鸟苷三磷酸酶(GTPases)促进mTORC1定位于溶酶体表面,其活化位点。我们鉴定了SAMTOR,一种以前没有特征的足球直播免费高清无插件直播,它通过与GATOR1(RagA /B的GTP酶激活蛋白(GAP))相互作用来抑制mTORC1信号传导。我们发现甲基供体S- 腺苷甲硫氨酸(SAM)通过直接与SAMTOR结合以约7μM的解离常数破坏SAMTOR-GATOR1复合物。在细胞中,甲硫氨酸饥饿将SAM水平降低至该解离常数以下并促进SAMTOR与GATOR1的结合,从而以SAMTOR依赖性方式抑制mTORC1信号传导。甲硫氨酸诱导的mTORC1活化需要SAMTOR的SAM结合能力。因此,SAMTOR是将甲硫氨酸和单碳代谢连接到mTORC1信号的SAM传感器。

       雷帕霉素复合物1(mTORC1)蛋白激酶的机制目标是调节合成代谢和分解代谢过程,以响应环境信号(包括生长因子和营养素)的途径的中心组成部分。氨基酸促进mTORC1易位至溶酶体表面,其活化剂Rheb位于其中。这种定位取决于异二聚体的RagGTP酶,其由RAGA/RagB结合至RagC/RagD。

       mTORC1上游的氨基酸传感通路是复杂的,几个多组分复合物调节Rag异源二聚体,每个可能传递不同的氨基酸输入。GATOR1和FLCN-FNIP分别用于RAGA/ B和RagC/ D,而Ragulator锚定至溶酶体表面,并且还具有核苷酸交换活性。所述KICSTOR复合物结合GATOR1,并且将其募集到溶酶体中。并且GATOR1,是对氨基酸饥饿抑制mTORC1信号非常重要的一个蛋白。GATOR2的分子功能是未知的,但它在这个通路中是必须的,可能作用于GATOR1的上游。

       亮氨酸和精氨酸是mTORC1信号传导的公认的激活剂,最近的工作揭示了涉及的分子机制。溶酶体跨膜蛋白SLC38A9是溶酶体精氨酸传感器,其与Ragulator交互,而Sestrin2和CASTOR1分别是胞质亮氨酸和精氨酸的传感器,在没有其同源氨基酸的情况下,其结合并抑制GATOR2的功能。其他氨基酸是否以及如何影响mTORC1信号传导尚不清楚。

 

如何寻找新的氨基酸信号转导蛋白?


       为了搜索与GATOR1或KICSTOR结合的足球直播免费高清无插件直播,作者开发了通过免疫沉淀生成的BioPlex足球直播免费高清无插件直播 - 足球直播免费高清无插件直播相互作用数据库,然后对人胚胎肾(HEK)-293T细胞中的稳定表达的超过5000种足球直播免费高清无插件直播进行质谱分析。该分析揭示了先前未研究的蛋白C7orf60作为GATOR1(Depdc5,Npr13,Npr12)和KICSTOR(Kaptin,ITFG2,C12orf66,SZT2)的所有已知组分的推定的相互作用伙伴。由于下述原因,作者将C7orf60更名为SAMTOR(mTORC1上游的S-腺苷甲硫氨酸传感器)。

        作者确定了SAMTOR与GATOR1和KICSTOR共免疫沉淀,但不是GATOR2。此外,只有当KICSTOR被共表达时,过表达的GATOR1才协同免疫沉淀SAMTOR。因此,SAMTOR与GATOR1和KICSTOR的超复合物结合,并且两种复合物都是发生相互作用所必需的。并且SAMTOR的直系同源物编码在脊椎动物和一些无脊椎动物的基因组中,例如黑腹果蝇(Drosophilamelanogaster)。我们无法在秀丽隐杆线虫或酿酒酵母中鉴定SAMTOR直向同源物。

        为了确定SAMTOR是否调节mTORC1信号传导,作者在HEK-293T细胞中过表达SAMTOR,并监测S6激酶1(S6K1)(一种典型的mTORC1底物)的Thr389的磷酸化。SAMTOR表达以剂量依赖的方式抑制mTORC1信号传导,建立SAMTOR作为途径的负调节剂。氨基酸激活通过促进其定位于溶酶体表面。与SAMTOR抑制mTORC1的,绿色荧光蛋白(GFP)从溶酶体-标记SAMTOR移位的mTOR的程度类似于用GFP-Sestrin2,GATOR2的抑制剂。

 

如何建立和mTORC1通路的联系?


       为了将SAMTOR功能定位在mTORC1途径中,作者用建立的mTORC1调节子进行了上位实验。当与野生型RagA和RagC异源二聚体共表达时,SAMTOR的过度表达抑制mTORC1信号传导,但是与组成型活性的突变异源二聚体(RagAQ66L和RagCS75N)不相容。另外,SAMTOR在没有GATOR1或KICSTOR组分的细胞中不抑制mTORC1信号传导。因此,SAMTOR作用于RagGTP酶的上游,需要GATOR1和KICSTOR抑制mTORC1信号。结合交互作用数据,这些结果与SAMTOR推广GATOR1和/或KICSTOR的功能是一致的,这两者都是mTORC1信号的负调控因子。

 

 这个蛋白感受何种氨基酸?


        序列分析显示,SAMTOR含有一个Rossmann结构的甲基转移酶结构域。这些结构域是已知的结合SAM的,并且在细菌,古生菌,以及真菌中广泛存在。所以作者测试了SAM和SAMTOR的解离常数大约为7 μM,并且可以同时结合SAH。

 

体内坐实这个反应


      鉴于这些发现,作者想SAM和SAH是否调节SAMTOR和GATOR1-KICSTOR的相互作用。事实上,SAM和SAH,而不是甲硫氨酸,同型半胱氨酸,腺苷,5-甲硫腺苷,亮氨酸或异亮氨酸,直接加入到保持在4℃的免疫纯化复合物中时,干扰了相互作用。因此,SAM破坏SAMTOR和GATOR1-KICSTOR之间的相互作用类似于亮氨酸和精氨酸诱导释放Sestrin2。鉴于SAH具有相同的效果,SAM不可能需要甲基化使SAMTOR从GATOR1-KICSTOR上解离。

       并且在细胞中,蛋氨酸缺乏以SAMTOR依赖的方式减弱了GATOR1和GATOR2之间的相互作用,而甲硫氨酸的加入则使相互作用恢复到正常水平。另外,以剂量依赖性方式,SAMTOR过表达足以破坏GATOR1和GATOR2之间的相互作用。通过控制甲硫氨酸的摄入可以降低SAM的含量,从而破坏了SAMTOR和GATOR1和KICSTOR的相互作用,在体内坐实了这个证据。此外,向蛋氨酸饥饿的细胞中添加SAM重新激活mTORC1信号传导(图4H),表明介导蛋氨酸限制对mTORC1的抑制作用的是SAM水平的下降。鉴于这些发现,作者预测甲硫氨酸腺苷转移酶(MAT2A)的丧失将阻止mTORC1通过阻断其转化成SAM而感知甲硫氨酸。

       在后生动物中,mTORC1途径感觉到多种氨基酸,这表明这些营养素在其进化过程中有时是稀缺的。从SAMTOR的存在可以得出两个推论:(i)SAM可以在某些营养状态中变得有限,和(ii)在这些条件下调节mTORC1有利于维持机体内稳态。实际上,低的饮食中蛋氨酸减少组织SAM水平,改善胰岛素敏感性,并且在小鼠和大鼠延长寿命。推测这些益处可能部分通过SAMTOR依赖性的mTORC1抑制来介导,这对于其对葡萄糖代谢和衰老过程的影响是很好的。鉴于SAMTOR具有SAM结合口袋,可能在药理学上调节SAMTOR功能。

 


文章链接:

http://science.sciencemag.org/content/358/6364/813.full

文章引用:

DOI:10.1126 / science.aao3265