12月20日，中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）丁建平研究組在Journal of Molecular Cell Biology發(fā)表了題為“Molecular basis for the functions of dominantly active Y35N and inactive D60K Rheb mutants in mTORC1 signaling”的論文，該研究揭示了Rheb疾病相關(guān)突變體Y35N和D60K調(diào)控mTORC1活性的分子機(jī)制。

　　mTORC1信號(hào)通路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)控多種生命過程。在氨基酸信號(hào)的刺激下，一系列蛋白質(zhì)及復(fù)合物共同發(fā)揮功能，通過Rag GTPase將mTORC1招募到溶酶體膜上，使其被定位于溶酶體膜上的小G蛋白R(shí)heb結(jié)合并激活。與其它小G蛋白類似，Rheb主要依靠結(jié)合GTP和GDP狀態(tài)的循環(huán)過程中switch 區(qū)域的構(gòu)象變化、發(fā)揮分子開關(guān)功能，并通過switch區(qū)域與mTOR激酶相互作用進(jìn)而別構(gòu)調(diào)控mTORC1的活性。Rheb在switch區(qū)域的突變直接影響了其對(duì)mTORC1信號(hào)通路的激活，如近期在多種腫瘤組織中被鑒定出的Rheb^Y35N突變體，能夠在細(xì)胞饑餓狀態(tài)下表現(xiàn)出對(duì)mTORC1較高的激活作用；而失活型突變體Rheb^D60K無論在營(yíng)養(yǎng)充足或饑餓條件下均不能激活mTORC1。但這些突變導(dǎo)致Rheb功能發(fā)生變化的分子機(jī)制均不清晰。

　　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，先后解析了該信號(hào)通路中一些重要調(diào)控蛋白包括Rheb、S6K1、CASTOR1和Ragulator復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)，揭示了它們?cè)趍TORC1信號(hào)通路中發(fā)揮功能的分子基礎(chǔ)。前期工作中他們解析了Rheb-GTP和Rheb-GDP的晶體結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，丁建平研究組的博士生張春笑和張?zhí)忑堁芯繂T進(jìn)一步解析了Rheb^Y35N-GppNHp、Rheb^Y35N-GDP和Rheb^D60K-GDP的晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)分析和體外功能實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在Rheb^Y35N-GppNHp和Rheb^Y35N-GDP結(jié)構(gòu)中，switch I區(qū)域均“模擬”了Rheb^WT-GTP中的構(gòu)象，導(dǎo)致Rheb^Y35N無論結(jié)合GTP還是GDP均能與mTOR結(jié)合并激活mTORC1；而D60K的突變導(dǎo)致Rheb^D60K只能處于結(jié)合GDP的失活狀態(tài)，并且Rheb^D60K-GDP結(jié)構(gòu)中switch I區(qū)域的構(gòu)象與Rheb^WT-GDP中的類似，因此無法激活mTORC1。

　　該工作揭示了與疾病相關(guān)的Rheb突變體調(diào)控mTORC1活性的分子機(jī)制，有助于闡明mTORC1信號(hào)通路功能失調(diào)與相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展的關(guān)系，為針對(duì)這些突變體的藥物設(shè)計(jì)提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

　　該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金的經(jīng)費(fèi)支持。感謝上海同步輻射光源BL17U1線站和國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究設(shè)施（上海）BL18U和BL19U1線站的工作人員在晶體衍射數(shù)據(jù)收集中的支持與幫助。

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Rheb^Y35N和Rheb^D60K突變體調(diào)控mTORC1活性的分子機(jī)制