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——日读一帖，解螺旋大V团队伴你科研路
生命是神秘的，经历几百万年的进化，一直在适应环境，其实这是有内在策略和逻辑的。细胞内的信号通路能够敏锐应对外周环境的应激，正是反映了一种经济有效的运行模式。 对于我们这些研究生物分子机制的科研人员来说，运用这种逻辑理解并思考我们研究中遇到的种种问题，显然就不会盲目的科研了。 mTOR这个大分子蛋白激酶，几乎具有控制细胞整个活动的生理功能，其调节必然也是十分精确的。这也正反映了细胞调节的整体性。举个简单例子，当细胞吸收营养物质后，势必会进行一系列的合成代谢，比如蛋白合成，才能将营养材料经济有效的利用起来以备自身生命活动需要，那么细胞怎么知道要这么干呢？mTOR就是这个调节枢纽。氨基酸激活mTOR，而mTOR就可以活化核糖体的蛋白合成功能。下面将会对mTOR的复合体鉴定和分子机制进行讨论。 mTORC1和mTORC2之间的联系： 动态平衡 mTOR，大小289kd，本身蛋白的含量在细胞内相对比较稳定，这个也容易理解，这么大一个分子量的蛋白，如果通过需要而转录产生，不仅说明效率低下，也是能量和物质的浪费。 mTOR发挥功能主要通过两个复合体实现mTORC1和mTORC2。这两个复合体其核心分子都是mTOR，那么从简单的总量一定的角度去考虑，mTORC1和mTORC2之间可能会有一些此消彼长的平衡。举个丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶AKT跟着两个复合体的例子：
AKT完全激活，需要Ser473和Thr308两个位点同时被磷酸化，Ser473要先被mTORC2磷酸化，之后Thr308才能被PDK1磷酸化，这样AKT才会完全激活。而AKT激活后，可以正调控激活mTORC1。那么也就是说，当mTORC1活性较高时，mTORC2的活性必然会降低，这样AKT的激活必然也会降低，那么mTORC1的活性必须也会有所下调。反过来，如果mTORC1活性下调，引起mTORC2上调，进而激活AKT上调mTORC1。这个关系也可以通过mTORC2对Rheb的调控说明。mTORC1和mTORC2之间的这种动态平衡，反应了mTORC1和mTORC2对下游的调控也会存在相应的动态平衡，这可能也从功能上反映了背后机智的细胞策略。当然对mTORC1和mTORC2功能上有待科学家进一步研究。 mTORC1和mTORC2的主要成分可由下图所示。这两个复合体共有的结合蛋白有DEPTOR，mSLT8（GβL），这两个结合蛋白被Sabatini鉴定并分别于2009年cell和2003年molecular cell在线发表。而mTORC1和mTORC2的不同的地方在于RAPTOR和RICTOR，以及各自的结合蛋白PRAS40和mSIN1及PROTOR。PRAS40和RICTOR均由Sabatini发现，值得一提的是，mSIN1则是由著名华人科学家管坤良教授发现鉴定。 a. mSLT8（GβL）与DEPTOR的发现 首先，虽然raptor被发现是mTORC1的结合蛋白，并发挥着重要作用，但是并不知道它是如何结合结合的，以及调节的具体分子机制。于是Sabatini从逻辑上认为可能有其他未鉴定的蛋白介导这样的结合，并将目光集中到当时已经鉴定有WD40的重复结构的蛋白GβL。WD40-repeat通常认为与多蛋白复合体的组装有关。于是这也促使他验证这个蛋白。这里我个人以为，通常一个蛋白复合体的蛋白数量其实是不少的，可受到调节的蛋白之间大部分情况下都不是直接结合的，而是通过骨架蛋白或者接头蛋白实现相互作用。 而DEPTOR的发现，却是从已经发现的DEPTOR可以抑制S6K1，从而解除其对AKT的抑制，并且在很多的癌症中却是低表达这一已有事实入手，因为这也正符合在很多癌症中mTORC1高度活化状态的事实。 b. PRAS40和RICTOR的发现 PRAS40的发现，是最初Sabatini实验室实验过程遇到的一个很难解释的现象，免疫纯化的办法保持mTOR的完整性，但是在体外的酶活性实验中发现，无论是insulin有无处理的情况，对S6K1的磷酸化并无显著差别。这确实是比较费解的事情，因为在细胞里insulin非常明确的可以激活S6K1的活性。这提示Sabatini可能有组成型结合的抑制因子存在。其实我们在做研究中，也会经常遇到当时并不知道原因的现象，如果总是以为那是实验操作上的因素导致，并不断重复，那么就会走进出不来的死胡同。这一点叫做科研的嗅觉或者说是敏感性，无疑是我们需要努力培养的。在实验中，要求我们对每个现象都能思考并有一个很好的解释，不能解释的努力分析其可能原因，总会有收获的。 2006年Genes development，管坤良教授在线发表的文章首次鉴定了Sin作为mTORC2必要的组分。这里略提一下管坤良教授，管教授是美国加州大学圣地亚哥分校（UCSD）药学系教授，浙江大学生命科学研究院兼职教授、院长，复旦大学生物医学研究院基因组研究所和分子细胞生物学实验室兼职杰出PI。在学生时代就获得过无数荣誉，是华人生物学家中的佼佼者。管坤良教授在mTOR的领域也可算得上以为旗帜型的人物，最近在science上发表了mTOR的突破性研究，不过此部分将会在后面几期陆续讲到。关于Sin的发现，启发也是最初由芽殖酵母的现象中得到。在芽殖酵母的基因筛选系统中，科学家们发现Avo1基因的破坏与TORC2破坏产生的表型一致。说明这两种基因必然存在某种联系，而Avo1基因在人的同源物正是Sin。管教授正是抓住个这个现象深入研究才发现鉴定了mTORC2的结合蛋白。其实很多有意义的现象都赤裸裸的曾经呈现在我们面前，关键是我们如何敏锐的抓住他。 当然，还有其他的一些mTOR的结合组分在此不一一例举。总结起来就是，发现都是源自对现象的深入思考。今天，你思考了吗？ |
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