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Mol Cell 溶酶体细胞内定位和mTORC、AKT信号通路激活的联系

发布时间:2019-07-22 00:46 来源:未知 编辑:admin

  原标题:Mol Cell 溶酶体细胞内定位和mTORC、AKT信号通路激活的联系

  PI3K/AKT/mTOR信号通路对于生理条件下细胞生长和稳态平衡至关重要,同时也能促进癌细胞存活和增殖。mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸激酶,它接受由营养摄入,生长因子和其他细胞刺激引发的信号,通过其效应蛋白4E-BP1、S6K和ULK1,调节细胞生长、细胞周期、细胞代谢相关蛋白的合成以及自噬。在哺乳动物细胞中,以mTOR为核心存在着两种不同的复合物:mTORC1(由mTORC,mLST8,DEPTOR,PRAS40和Raptor亚基组成)和mTORC2(由mTORC,mLST8,DEPTOR,mSIN1和Rictor亚基组成)。生长因子,如EGF,IGF-1,insulin等,与其相应的细胞表面受体结合,导致下游激酶的顺序激活,包括I类磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K),磷酸肌醇依赖性蛋白激酶-1(PDK1)和蛋白激酶B(PKB,AKT)。这些激酶级联反应导致TSC复合物中TSC2亚基的磷酸化,减弱TSC对Rheb的抑制作用。被活化的Rheb激活位于溶酶体表面的 mTORC1,及其下游的4EBP1,S6K与ULK1(图1)。mTORC2复合物常见于细胞膜附近,同样接受生长因子信号激活,调控下游细胞骨架网络的重组、膜脂代谢和AKT信号通路,进而影响mTORC1通路上游TSC的活性和mTORC1的活化。

  目前,溶酶体细胞内定位对生长因子信号传导的影响仍然知之甚少。Korolchuk【1】及Hong【2】的研究显示溶酶体/晚期内吞小体在细胞质内的定位影响血清和氨基酸对mTORC1的活化。他们通过敲低(knock down)或过表达介导溶酶体在微管上的转运蛋白,来控制溶酶体在细胞质中的定位。敲低ARL8B, KIF2A,protrudin或FYCO1,使溶酶体在细胞核周聚集,导致mTORC1的活性被抑制。与此相对,过表达ARL8B,KIF2A,KIF1Bβ,protrudin或FYCO1,使溶酶体散布于细胞边缘,增强了mTORC1活性。这些结果表明位于溶酶体表面的mTORC1与上游调节物(例如位于细胞质膜附近的的AKT)的距离决定了mTORC1活化的动力学和程度。相反,最近的一项研究得出了关于溶酶体胞内定位对mTORC1活化的影响的相反结论【3】。在这种情况下,研究人员发现培养基酸化诱导的溶酶体在细胞边缘的散布抑制mTORC1信号传导。尽管mTORC2能够通过AKT调节mTORC1的活化,这些研究均未检测溶酶体定位对mTORC2活性的影响。

  Bonifacino教授长期关注溶酶体胞内定位的调控,实验室前期工作发现溶酶体在细胞质外周的定位依赖于BLOC-one-related complex(BORC)【4】。该复合物由8个亚基组成:BLOS1,BLOS2,Snapin,KXD1,Myrlysin,Lyspersin,Diaskedin和MEF2BNB。BORC与溶酶体膜结合,募集ARL8及驱动蛋白KIF1B与KIF5B到溶酶体表面,驱动溶酶体向细胞膜方向/细胞边缘运输(图1)。与此同时,敲除BORC亚基,ALR8,及KIF1B-KIF5B均可以使溶酶体显著向细胞核周围聚集,且溶酶体的核周聚集对于正常培养条件下的mTORC1活性并没有影响。

  作者进一步对KO细胞进行饥饿处理(血清或血清+氨基酸),mTORC1被抑制,从溶酶体膜上解离;然后再重新向培养基中补充血清或血清+氨基酸恢复培养,mTORC1被重新活化。结果表明,KO细胞中的mTORC1活性恢复明显减慢。更出乎意料的是,在相同的饥饿/恢复条件下,溶酶体的核周聚集还延迟了mTORC2和AKT活性的恢复,表明这些激酶的再活化对溶酶体定位也很敏感(图2)。这些结果表明,溶酶体定位不仅影响mTORC1,还影响上游激酶mTORC2和AKT再激活。

  使用免疫荧光技术,作者鉴定了mTORC2是否也有相应溶酶体的定位。通过过表达mTORC2的一个亚基mSIN1,发现与溶酶体膜蛋白存在明显的同定位。在BORC KO细胞中,mSIN1更加集中定位于核周区域。在使用甲硫氨酸甲酯(Methionine methyl ester)诱导溶酶体膨大后,作者进一步发现mSIN1与mTORC2/mTORC1核心亚基mTOR共定位于溶酶体表面,形成“甜甜圈”形状(图3),再次证明mSIN1与mTOR作为mTORC2整体定位于溶酶体表面,而不是由于过表达造成大量蛋白聚集而定位于溶酶体腔内。

  本研究利用CRISPR/Cas9 KO技术特异性敲除溶酶体定位相关蛋白,减少siRNA KD及酸处理细胞引起的副作用,研究溶酶体定位对PI3K/AKT/mTORC1通路的影响。确证了溶酶体的核周聚集减弱了饥饿/恢复条件下mTORC1的活性。同时,本研究首次发现不仅mTORC1,其上游激酶mTORC2/AKT的活性同样依赖于溶酶体在细胞浆中的分布。mTORC2/AKT部分定位于溶酶体表面,溶酶体在核周的聚集使溶酶体定位的mTORC2/AKT难于接受来自细胞质膜的生长因子刺激信号,导致其细胞总体活化的减慢。

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