11月9日，中國(guó)科學(xué)院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所丁建平研究組在Nature Communication在線發(fā)表了題為“Structural Basis for Ragulator Functioning as a Scaffold in Membrane-anchoring of Rag GTPases and mTORC1”的論文，該工作揭示了Ragulator五元復(fù)合物的組裝機(jī)制和Ragulator復(fù)合物調(diào)控mTORC1信號(hào)通路的分子機(jī)制。

 

        真核細(xì)胞中mTORC1是一個(gè)高度保守的蛋白激酶復(fù)合物，它通過感受和整合外界信息，如生長(zhǎng)因子、能量狀態(tài)和營(yíng)養(yǎng)水平等，調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)發(fā)育和細(xì)胞自噬等重要生命過程。mTORC1信號(hào)通路的功能失調(diào)會(huì)引起多種疾病，包括肥胖癥、II型糖尿病和腫瘤等。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如氨基酸是mTORC1的重要激活因子。最近研究發(fā)現(xiàn)，氨基酸介導(dǎo)的mTORC1信號(hào)通路的激活主要在溶酶體上進(jìn)行，由一系列蛋白質(zhì)復(fù)合物參與這一復(fù)雜過程的調(diào)控，其中Ragulator五元復(fù)合物作為該信號(hào)通路的核心骨架，調(diào)控Rag小G蛋白和mTORC1在溶酶體上的定位，但是Ragulator復(fù)合物如何組裝并招募下游蛋白的作用機(jī)制還不清晰。

 

        丁建平研究組長(zhǎng)期從事mTORC1信號(hào)通路調(diào)控的分子機(jī)制研究，先后測(cè)定了mTORC1信號(hào)通路中一些重要調(diào)控蛋白包括Rheb、TCTP、S6K和Ego3的結(jié)構(gòu)，揭示了它們?cè)趍TORC1信號(hào)通路中發(fā)揮生物學(xué)功能的分子基礎(chǔ)，近期又完成了酵母TORC1信號(hào)通路中Ego1-Ego2-Ego3三元復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定和功能分析（Cell Research，2015）、以及mTORC1信號(hào)通路上游人源精氨酸感應(yīng)蛋白CASTOR1-arginine復(fù)合物的結(jié)構(gòu)測(cè)定和對(duì)底物的識(shí)別機(jī)制（Cell Discovery，2016）。在此基礎(chǔ)上，丁建平研究組的副研究員張?zhí)忑埡筒┦可鯉V對(duì) mTORC1信號(hào)通路開展了進(jìn)一步研究，測(cè)定了Ragulator五元復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)Ragulator復(fù)合物中包含MP1-p14和 HBXIP-C7orf59兩個(gè)亞復(fù)合物，并由p18亞基介導(dǎo)兩個(gè)亞復(fù)合物的結(jié)合、組裝成五元復(fù)合物。通過結(jié)構(gòu)分析和功能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)Ragulator復(fù)合物作為骨架蛋白發(fā)揮功能，通過p18的N端結(jié)構(gòu)域和MP1-p14復(fù)合物兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)與Rag小G蛋白的Roadblock結(jié)構(gòu)域結(jié)合，并在氨基酸等信號(hào)因子的激活下進(jìn)一步招募mTORC1定位在溶酶體上。結(jié)構(gòu)分析和體外活性測(cè)定否定了早期認(rèn)為的Ragulator具有針對(duì)Rag小G蛋白的GEF活性，并預(yù)測(cè)存在尚未鑒定的GEF蛋白與Ragulator復(fù)合物結(jié)合，共同激活下游Rag小G蛋白。研究人員還發(fā)現(xiàn)mTORC1信號(hào)通路的抑制因子C17orf59通過競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合Rag 小G蛋白在MP1-p14復(fù)合物上的結(jié)合位點(diǎn)，抑制Rag 小G蛋白在溶酶體上的定位，從而抑制下游mTORC1活性。通過結(jié)構(gòu)比較發(fā)現(xiàn)，人源Ragulator復(fù)合物和酵母Ego1-Ego2-Ego3復(fù)合物在結(jié)構(gòu)上非常相似， 表明這兩個(gè)復(fù)合物在mTORC1/TORC1信號(hào)通路中發(fā)揮相似的功能。這些研究結(jié)果進(jìn)一步闡釋了氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)mTORC1信號(hào)通路的調(diào)控機(jī)制，并且為mTORC1功能異常相關(guān)疾病研究和基于mTORC1信號(hào)通路的藥物設(shè)計(jì)提供了重要信息。

 

        該項(xiàng)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)和中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)的經(jīng)費(fèi)支持。感謝國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究設(shè)施（上海）19U1線站和上海光源17U1線站的工作人員在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集中的支持與幫助。該研究工作還得到蛋白質(zhì)上海設(shè)施復(fù)合激光顯微成像系統(tǒng)的大力支持。

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