Nature|劉穎課題組揭示SAR1B感知細(xì)胞內(nèi)亮氨酸濃度調(diào)控mTORC1活性
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細(xì)胞根據(jù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)調(diào)控生長(zhǎng)是基礎(chǔ)的生命科學(xué)問(wèn)題【1】。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)包括氨基酸，葡萄糖和脂肪酸等。其中，細(xì)胞通過(guò)mTORC1復(fù)合物感受氨基酸濃度，并據(jù)此調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞生長(zhǎng)。氨基酸富足時(shí)，mTORC1被活化，啟動(dòng)合成代謝，包括促進(jìn)游離氨基酸組裝成蛋白質(zhì)，細(xì)胞生長(zhǎng)加速。相反，游離氨基酸缺乏時(shí)，mTORC1被抑制，合成代謝停滯，細(xì)胞生長(zhǎng)減緩。各種氨基酸的濃度會(huì)被其對(duì)應(yīng)的感受器蛋白感知到（也稱(chēng)為氨基酸受體），進(jìn)而將信號(hào)傳遞給mTORC1【2】。此外，越來(lái)越多的研究表明，mTORC1的持續(xù)活化在癌細(xì)胞生長(zhǎng)和腫瘤發(fā)生中扮演重要作用。已發(fā)現(xiàn)許多原癌基因和抑癌基因突變通過(guò)激活mTORC1促進(jìn)腫瘤發(fā)生。mTORC1抑制劑依維莫司（Everolimus）已被美國(guó)食品藥品管理局（U.S. FDA）批準(zhǔn)用于治療乳腺癌，胰腺癌和晚期腎癌。另外，還有許多直接或間接的mTORC1抑制劑正在臨床試驗(yàn)中【3】。
2021年7月21日，北京大學(xué)未來(lái)技術(shù)學(xué)院分子醫(yī)學(xué)研究所、生命科學(xué)聯(lián)合中心、北京未來(lái)基因診斷高精尖創(chuàng)新中心劉穎課題組在Nature雜志在線(xiàn)發(fā)表題為SAR1B senses leucine levels to regulate mTORC1 signalling的研究論文。報(bào)道了一個(gè)全新的亮氨酸受體蛋白SAR1B，及其通過(guò)mTORC1調(diào)控非小細(xì)胞肺癌發(fā)生的機(jī)制。
研究人員結(jié)合免疫共沉淀和質(zhì)譜技術(shù)鑒定到亮氨酸受體蛋白SAR1B。SAR1B的經(jīng)典功能是作為小G蛋白酶參與囊泡形成，并與其他四個(gè)亞基共同組裝成COPII復(fù)合物，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向高爾基體遞送物質(zhì)的過(guò)程中發(fā)揮重要作用【4】。研究人員發(fā)現(xiàn)，SAR1B感知亮氨酸的過(guò)程并不依賴(lài)于其經(jīng)典的小G蛋白酶活性。
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體外實(shí)驗(yàn)表明，SAR1B能夠直接結(jié)合亮氨酸（圖1a），并在結(jié)合亮氨酸后發(fā)生構(gòu)象轉(zhuǎn)變（圖1b）。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，SAR1B感受到亮氨酸信號(hào)后，通過(guò)GATOR2復(fù)合物將信號(hào)傳遞給mTORC1；敲低GATOR2復(fù)合物的組分Mios，將阻斷亮氨酸信號(hào)的傳遞（圖1c）。綜合諸多實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究人員總結(jié)如下：在亮氨酸缺乏時(shí)，SAR1B結(jié)合并抑制GATOR2復(fù)合物（GATOR2是維持mTORC1活化的重要因子），mTORC1失活。當(dāng)氨基酸充足時(shí)，SAR1B結(jié)合亮氨酸，發(fā)生變構(gòu)，隨后與GATOR2解離，被解放的GATOR2進(jìn)而激活mTORC1（圖1d）。此外，研究人員還利用無(wú)脊椎模式生物線(xiàn)蟲(chóng)，證明了SAR1B感知亮氨酸是進(jìn)化上高度保守的。
值得一提的是，此前已有一個(gè)亮氨酸受體蛋白Sestrin2被報(bào)道【5】。研究人員從以下四個(gè)方面闡明了這兩個(gè)受體蛋白的不同之處。（1）它們結(jié)合在GATOR2的不同亞基上。SAR1B結(jié)合Mios亞基，而Sestrin2結(jié)合Seh1L亞基。（2）它們對(duì)亮氨酸的敏感程度不同，SAR1B能夠感知到更低濃度的亮氨酸，親和力為Kd ≈ 2 μM。而Sestrin2感知相對(duì)高濃度的亮氨酸，親和力為Kd ≈ 20 μM。（3）它們識(shí)別不同的亮氨酸結(jié)構(gòu)特征。SAR1B識(shí)別的是亮氨酸的氨基端和側(cè)鏈，能夠容忍羧基端修飾。而Sestrin2則識(shí)別亮氨酸的氨基端和羧基端，能夠部分容忍側(cè)鏈修飾。（4）兩個(gè)受體蛋白存在組織分布差異性，且在肌肉中，兩個(gè)受體協(xié)同調(diào)控mTORC1。關(guān)于這點(diǎn)，研究人員進(jìn)行了深入探索。
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SAR1B在骨骼肌中豐度最高（圖2a），且其表達(dá)不依賴(lài)于CopII復(fù)合物的其他四個(gè)亞基（圖2b），暗示其存在不依賴(lài)于囊泡運(yùn)輸?shù)男鹿δ堋９趋兰≈?，Sestrin家族另一成員Sestrin1（功能等同Sestrin2）也表達(dá)（圖2a）。在脂肪組織中，僅Sestrin2高表達(dá)（圖2a）。功能與受體分布情況一致，肌肉細(xì)胞中，SAR1B和Sesrtrin1先后從GATOR2解離，促成了mTORC1 “二次”激活效應(yīng)（圖2c）。而脂肪細(xì)胞中，僅Sestrin2對(duì)mTORC1進(jìn)行了“一次”調(diào)控（圖2 d）。綜上，亮氨酸受體SAR1B和Sestrin協(xié)作共同調(diào)控mTORC1信號(hào)（圖2 e）。
最后，研究人員通過(guò)生物信息學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)SAR1B-mTORC1信號(hào)在人類(lèi)非小細(xì)胞肺癌中扮演潛在作用，并隨后建立了裸鼠腫瘤模型證明了該假設(shè)。失去SAR1B及其同源蛋白SAR1A將促進(jìn)小鼠皮下瘤（圖3a, b）和肺內(nèi)原位瘤（圖3c, d）發(fā)生，給小鼠注射mTORC1抑制劑雷帕霉素（Rapa.）可阻止腫瘤發(fā)生（圖3b, d）。此外，肺切片和免疫組化染色結(jié)果表明，失去SAR1A/B將促進(jìn)腫瘤代謝重編程（合成代謝加速，分解代謝抑制），增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞增值能力（圖3e）。因此，SAR1B在肺癌中發(fā)揮著潛在抑癌因子的作用。
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綜上，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)全新的亮氨酸受體蛋白SAR1B，并詳細(xì)解析了其感應(yīng)亮氨酸調(diào)控mTORC1信號(hào)的分子機(jī)制。通過(guò)生物信息學(xué)分析和建立裸鼠原位瘤模型，研究人員證明了SAR1B是一個(gè)潛在的人類(lèi)非小細(xì)胞肺癌抑癌因子，有希望成為非小細(xì)胞肺癌的新型生物標(biāo)志物，為非小細(xì)胞肺癌的治療提供新的藥物靶標(biāo)。
北京大學(xué)陳杰博士和劉穎教授為本研究的共同通訊作者。陳杰博士和北京大學(xué)未來(lái)技術(shù)學(xué)院分子醫(yī)學(xué)研究所博士生歐宇輝為共同第一作者。該研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、HHMI國(guó)際研究學(xué)者項(xiàng)目、北京未來(lái)基因診斷高精尖創(chuàng)新中心和生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。劉穎教授特別致謝騰訊科學(xué)探索獎(jiǎng)的支持。
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原文鏈接：?https://www.nature.com/articles/s41586-021-03768-w
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參考文獻(xiàn)：
1. Wullschleger, S., Loewith, R. & Hall, M. N. TOR signaling in growth and metabolism. Cell 124, 471-484, doi:10.1016/j.cell.2006.01.016 (2006).
2.?Jewell, J. L., Russell, R. C. & Guan, K. L. Amino acid signalling upstream of mTOR. Nat Rev Mol Cell Biol 14, 133-139, doi:10.1038/nrm3522 (2013).
3.?Guertin, D. A. & Sabatini, D. M. Defining the role of mTOR in cancer. Cancer Cell 12, 9-22, doi:10.1016/j.ccr.2007.05.008 (2007).
4.?Zanetti, G., Pahuja, K. B., Studer, S., Shim, S. & Schekman, R. COPII and the regulation of protein sorting in mammals. Nat Cell Biol 14, 20-28, doi:10.1038/ncb2390 (2011).
5.?Wolfson, R. L. et al. Sestrin2 is a leucine sensor for the mTORC1 pathway. Science 351, 43-48, doi:10.1126/science.aab2674 (2016).
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