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编译：胜寒，编辑：Emma、江舜尧。
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即使在氨基酸供应充足的情况下，葡萄糖缺乏也会阻碍翻译并促进分解代谢以帮助细胞存活。葡萄糖饥饿可以引起AMPK激活，韩国首尔国立大学的Ina Yoon等人最新的研究发现，AMPK能够通过激活下游的ULK1分子，进一步磷酸化LARS1（亮氨酰-tRNA合成酶），再通过调节RAG而促进mTORC1的解离。本文将概述葡萄糖饥饿在多个水平上抑制蛋白质翻译的观点。
原名：Glucose Starvation Blocks Translation at Multiple
Levels通讯作者单位：厦门大学细胞应激生物学国家重点实验室和生命科学学院天然产物靶向药物国家-省联合工程实验室翻译是一个消耗能量的过程，将每个新的氨基酸添加到生长的多肽链中消耗至少两个ATP分子和两个GTP分子。细胞有多种调节机制，以确保这种消耗能量的合成代谢过程只能在有充足营养和生长因子的情况下进行。葡萄糖是大多数细胞的主要能量来源，其可获得性是翻译的先决条件。众所周知，AMP激活的蛋白激酶(AMPK)是一种能量和营养的细胞传感器，在葡萄糖饥饿时被激活，从而切断哺乳动物雷帕霉素复合物1 (mTORC1)通路的靶点，而这一靶点对翻译的起始和延伸都至关重要。AMPK通过双重机制抑制mTORC1:（1）通过磷酸化TSC2导致进而抑制RHEB（溶酶体定位的小GTPase，仅在GTP结合状态下促进mTORC1的激活）；（2）磷酸化RAPTOR (mTOR的调节相关蛋白，是mTORC1复合物的一个组成部分）。除了这些作用外，AMPK还通过mTORC1磷酸化并激活真核延伸因子-2 (eEF2)激酶，后者随后触发eEF2自身的磷酸化和失活，从而直接阻断翻译的延伸步骤。Yoon 等人的最新研究发现AMPK调控翻译的新层次。他们首次报道了亮氨酰-tRNA合成酶1 (LARS1)催化L-亮氨酸以ATP依赖的方式与其同源tRNA连接，通过AMPK依赖的方式加速mTORC1在低葡萄糖时的抑制。LARS1之前被认为是一种与RAGD结合的亮氨酸传感器，RAGD是一种定位溶酶体的Rag GTPase，对氨基酸激活mTORC1至关重要，从而促进RAGD从GTP向GDP结合状态的转化。RAGD:GDP随后促进mTORC1转位到溶酶体表面，使其被亮氨酸激活。有趣的是，即使在有亮氨酸存在的情况下，在低糖状态下LARS1对RagD的亲和性以及激活mTORC1的能力也降低了，这表明葡萄糖可能对LARS1起主导调节作用。通过RNAi筛选，他们发现AMPK及其底物ULK1 (Unc-51 like autophagy activated kinase 1)参与了对低糖状态下LARS-RagD通路的抑制。ULK1在低糖状态下被AMPK磷酸化并激活，LARS1的S391和S720磷酸化，降低了其对RagD的亲和力。研究还表明，ULK1磷酸化LARS1可减少ATP和亮氨酸与LARS1的结合，从而抑制亮氨酸对tRNA的负载，从而限制蛋白质的延伸。这一发现引入了另一个概念，即葡萄糖饥饿直接破坏了翻译的早期步骤：tRNA的氨酰化。因此，细胞内游离亮氨酸的增加(来源于AMPK激活后自噬的增强和mTORC1的抑制，以及翻译的减少)可以作为低葡萄糖中ATP分解代谢(通过三羧酸循环)的替代碳源。与此一致的是，从无糖培养基中去除亮氨酸会降低横纹肌肉瘤细胞中ATP的浓度。本研究揭示了一个连接AMPK和LARS1以及mTORC1的精细调节的网络，以确定当葡萄糖供应受限时，亮氨酸的分解或合成代谢的命运。早期的一些研究与这些发现密切相关，研究人员发现葡萄糖饥饿同时激活AMPK和抑制溶酶体表面的mTORC1。在低糖环境中，糖酵解酶醛缩酶可检测到糖酵解中间体果糖- 1,6-二磷酸(FBP)水平的降低，并将FBP裂解成磷酸三糖。未被FBP占据的醛缩酶会在溶酶体表面抑制v-ATPase，导致其与五聚体Ragulator复合物的相互作用发生变化。在这种情况下，与LKB1形成复合物的AXIN(AXIN1或AXIN2)与v-ATPase-Ragulator复合物结合，从而触发LKB1对溶酶体AMPK的磷酸化和激活。AXIN转位到溶酶体表面也促进了溶酶体释放mTORC1，从而同时抑制了mTORC1。与此一致的是，当MEFs中的AXIN1被消耗(其中AXIN2没有表达)时，葡萄糖去除后mTORC1的抑制作用变得缓慢得多。AXIN1通过促进Ragulator复合物对RagC GTPase的活性来发挥这种作用。因此，作者认为高糖不会激活mTORC1，而是通过与溶酶体的解离来阻止对mTORC1的抑制。需要强调的是，即使在AMPK缺失的细胞中，葡萄糖饥饿仍然可以使mTORC1失去活性。尽管AMPK被激活，RAG的突变体RAGA或RAGB完全阻断了低葡萄糖时对mTORC1的抑制，从而进一步证实了AXIN对Ragulator-RAG复合体的关键作用。因此，AXIN依赖和AMPK不依赖的细胞可以并行地控制mTORC1的活性(图1)。未来，研究者们将更有兴趣比较敲除AXIN- AMPK-ULK1通路各种成分的翻译抑制动力学。综上所述，葡萄糖作为最丰富的细胞营养素，对翻译起着众多的调控作用。
图1 葡萄糖饥饿在多个水平上抑制翻译以维持能量平衡
葡萄糖饥饿时，与LKB1复合物的轴蛋白会易位到溶酶体表面，激活AMPK的溶酶体池，进而通过磷酸化TSC2和RAPTOR抑制mTORC1。重要的是，即使在没有AMPK的情况下，轴蛋白自身转位到溶酶体表面也会促进mTORC1从溶酶体中分离，从而抑制mTORC1。最近的报告表明，葡萄糖剥夺阻碍了氨基酰基化早期的转译。他们发现，在葡萄糖饥饿状态下，LARS1通过AMPK-ULK1途径磷酸化，促进RAGD从GDP-转化为GTP-结合状态，从而抑制mTORC1，但同时也削弱ATP和亮氨酸与LARS1的结合能力，从而阻止tRNA(Leu)的亮氨酸化。结果，细胞内游离亮氨酸水平增加，因为较少使用翻译或增加自噬。因此亮氨酸可以作为一种替代的碳源，用于分解代谢产生ATP(右侧)，而翻译的能量消耗过程在多个层面被阻断。 原文链接： https:///10.1016/j.cmet.2020.01.005
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