從單細(xì)胞原核生物到哺乳動物,各種不同的生物體都進(jìn)化出了復(fù)雜的營養(yǎng)感知機(jī)制,以快速響應(yīng)環(huán)境中的營養(yǎng)水平波動。在真核生物中,保守的雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1(Target of Rapamycin Complex1,TORC1)是細(xì)胞內(nèi)一個重要的協(xié)調(diào)外界環(huán)境信號和細(xì)胞內(nèi)代謝過程的控制中樞【1】。在正常生理?xiàng)l件下,TORC1活性隨外界環(huán)境信號而變化,從而在營養(yǎng)富足時提高合成代謝并促進(jìn)細(xì)胞生長,在營養(yǎng)不足時則誘導(dǎo)分解代謝并抑制細(xì)胞生長,以維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)及機(jī)體健康。當(dāng)TORC1活性不受外界環(huán)境調(diào)控時,細(xì)胞生長將和環(huán)境信號脫節(jié),導(dǎo)致各種疾病。比如,TORC1的過度活躍,可使細(xì)胞在營養(yǎng)匱乏的環(huán)境下仍不斷生長及分裂,是癌癥生成的重要起因。而持續(xù)的TORC1低活性則會引起肌肉萎縮及大腦發(fā)育缺陷【2】。
氨基酸和銨鹽作為主要氮源,對細(xì)胞生長起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為,氮源剝奪與低濃度氨基酸均通過相似途徑抑制TORC1。然而,蘇州大學(xué)國際創(chuàng)新藥學(xué)院團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),酵母在低亮氨酸條件與氮源剝奪條件下對TORC1的調(diào)控機(jī)制存在顯著差異【3】。TORC1的一個關(guān)鍵抑制因子是酵母SEACIT復(fù)合物及其在哺乳動物中的同源復(fù)合物GATOR1。SEACIT/GATOR1可作為GTP酶活化蛋白(GAP),抑制TORC1的激活因子—RAG GTP酶【4】。該團(tuán)隊(duì)擇前期研究鑒定出一個新的TORC1負(fù)調(diào)節(jié)因子,Whi2-Psr1-Psr2復(fù)合物【5】。Whi2-Psr1-Psr2復(fù)合物對TORC1的抑制作用不通過RAG GTP酶,且其只特異性在低濃度亮氨酸條件下抑制TORC1活性并促進(jìn)分解代謝—自噬,在氮源剝奪條件下則對TORC1沒有影響。
近日,該團(tuán)隊(duì)在Autophagy雜志,發(fā)表了題為The Whi2-Psr1-Psr2 complex selectively regulates TORC1 and autophagy under low leucine conditions but not nitrogen depletion的論文。

研究團(tuán)隊(duì)證實(shí),Whi2可作為橋梁蛋白將磷酸酶Psr1和Psr2招募至TORC1抑制其活性。Psr1和Psr2屬于HAD(鹵代酸脫鹵素酶)磷酸酶家族【6】,其磷酸酶活性中心含特征性DxDxT基序【7】。Psr1/2磷酸酶活性位點(diǎn)的突變(DE)會完全消除對TORC1的抑制作用,說明該抑制功能依賴其磷酸酶活性。在低濃度亮氨酸條件下,Whi2與Tor1之間的相互作用增強(qiáng),且Whi2與Psr1的蛋白水平隨時間推移逐漸升高,從而促使Whi2-Psr1-Psr2復(fù)合物進(jìn)一步抑制TORC1活性。而當(dāng)所有氮源被剝奪時,Whi2與Tor1的相互作用減弱,Whi2和Psr1蛋白水平下降,此時通過其他機(jī)制(如SEASIT復(fù)合體)實(shí)現(xiàn)對TORC1的抑制。

在哺乳動物中,酵母Psr1/2蛋白的功能同源物屬于CTDSP家族(含CTDSP1、CTDSP2和CTDSPL)。該家族磷酸酶通過介導(dǎo)RNA聚合酶II、轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子REST及視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白pRb等關(guān)鍵底物的去磷酸化修飾,參與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控、神經(jīng)細(xì)胞分化及細(xì)胞周期控制等重要生物學(xué)過程。值得注意的是,多項(xiàng)研究證實(shí)其在非小細(xì)胞肺癌與腎透明細(xì)胞癌等實(shí)體瘤中具有顯著的抑癌特性【8】。通過功能互補(bǔ)分析,本研究發(fā)現(xiàn)人類CTDSP1/2/L能夠有效補(bǔ)償酵母雙敲除菌株psr1psr2的TORC1調(diào)控缺陷,且該功能也依賴于其磷酸酶催化活性。這一發(fā)現(xiàn)揭示了人類CTDSP家族在TORC1信號通路調(diào)控中功能保守。
這項(xiàng)研究揭示了酵母細(xì)胞中一種獨(dú)特的營養(yǎng)感應(yīng)機(jī)制,即Whi2-Psr1-Psr2復(fù)合物能夠區(qū)分低亮氨酸和氮源剝奪兩種不同的營養(yǎng)匱乏條件,并做出不同的響應(yīng)。此外,人類同源蛋白的功能驗(yàn)證表明,相關(guān)機(jī)制可能在高等生物中廣泛存在。該研究不僅闡明了TORC1信號通路的精細(xì)分層調(diào)控機(jī)制,還為開發(fā)靶向TORC1的精準(zhǔn)醫(yī)療策略奠定了理論基礎(chǔ),具有重大意義。
原文鏈接:https://doi.org/10.1080/15548627.2025.2481014
制版人:十一
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