Nature論文詳解:發現全新亮氨酸受體蛋白SAR1B,通過mTORC1調控肺癌發生

發現全新亮氨酸受體蛋白SAR1B調控mTORC1活性 ——揭示肺癌發生新機制


Nature:發現全新亮氨酸受體蛋白SAR1B調控mTORC1活性
——揭示肺癌發生新機制

基本資訊及論文概述

題目
:SAR1B senses leucine levels to regulate mTORC1 signalling
期刊
:Nature
(影響因子49.962)
作者及單位
:北京大學劉穎教授和陳傑博士為共同通訊作者,陳傑博士和博士生歐宇輝為共同第一作者。
Vazyme合作産品:AceQ Universal SYBR qPCR Master Mix
(貨號:Q511,染料法qPCR Mix)

研究背景介紹

mTOR
全稱為哺乳動物雷帕黴素靶點
(mammalian target of rapamycin, mTOR)
【1】
,在細胞生命活動和代謝調控中具有重要地位,mTOR信號通路與許多人類疾病,如糖尿病、腫瘤、神經退行性疾病、免疫和衰老有著密切的關聯。mTOR在細胞記憶體在mTORC1和mTORC2兩種不同的複合體,而mTORC2組分在小鼠中的缺失容易引起早期的致死性,使mTORC2的研究變得複雜,因此目前對mTORC1的結構和功能研究較多。

mTORC1激活的過程可能有助於腫瘤的發生,它通常在氨基酸充足時被激活,通過促進合成代謝並抑制分解代謝來促進細胞生長。蛋白複合體GATOR2可以向mTORC1傳遞氨基酸信號,並在氨基酸充足時激活mTORC1。目前已知有兩種氨基酸受體可以通過與GATOR2互作來調節mTORC1信號,它們是亮氨酸受體Sestrin2和精氨酸受體CASTOR1。

2021年7月21日,北京大學未來技術學院分子醫學研究所、北大-清華生命科學聯合中心、北京未來基因診斷高精尖創新中心
劉穎
課題組在 Nature 線上發表了題為:
SAR1B senses leucine levels to regulate mTORC1 signalling 
的研究論文。

該研究報道了一種全新的亮氨酸受體蛋白SAR1B對mTORC1的調控機制,併發現SAR1B-mTORC1信號在人類非小細胞肺癌中發揮潛在作用。
 
研究思路及結果展示

SAR1B控制亮氨酸依賴的mTORC1信號

研究人員試圖尋找更多將氨基酸信號傳遞給mTORC1的上游調控因子,併發現一個參與囊泡形成的小G蛋白酶——SAR1B在氨基酸缺乏時可以與GATOR2結合,敲低SAR1B導致mTORC1對氨基酸缺乏不敏感從而持續保持活性,且SAR1B的缺乏特異地影響亮氨酸對mTORC1的調節,而對其他氨基酸沒有影響,這説明SAR1B可能是一種亮氨酸受體。另外,損傷的SAR1B不能結合GATOR2,也不會抑制mTORC1的信號
(1c、1d)
,SAR1B與GATOR2之間依賴於亮氨酸的相互作用對於SAR1B對mTORC1的調控至關重要。在缺乏亮氨酸的情況下SAR1B存在會抑制mTORC1信號
(1a)
,SAR1B與GATOR2的互作對亮氨酸敏感
(1b)

通過免疫共沉澱以及體外實驗等研究蛋白及各組分之間的互作,研究人員得出結論:
當亮氨酸缺乏時,SAR1B結合併抑制mTORC1激活因子GATOR2複合物,使mTORC1失活,合成代謝停滯;當亮氨酸充足時,SAR1B與亮氨酸結合,發生構象變化,與GATOR2解離,激活mTORC1,啟動合成代謝。
並繪製了亮氨酸信號調控的SAR1B-GATOR2互作和mTORC1信號的模式圖
(1e)

圖1:SAR1B感知細胞內亮氨酸水準並通過GATOR2來調節mTORC1信號

SAR1B和Sestrin2在亮氨酸感知上具有差異性

上述實驗表明SAR1B與Sestrin2可能同時作為亮氨酸感受器
【2、3】
,但二者在作用方式上不同,研究人員對SAR1B和已報道的Sestrin2進行了比較,並闡述了不同之處。

1)它們結合在GATOR2的不同亞基上。SAR1B結合Mios亞基,Sestrin2結合Seh1L亞基(2d)。
2)它們與亮氨酸結合的親和力不同,SAR1B比Sestrin2對亮氨酸有更高的親和力。SAR1B能夠感知到更低濃度的亮氨酸,而Sestrin2感知相對高濃度的亮氨酸(2d)。
3)它們識別亮氨酸不同的結構特徵。SAR1B識別亮氨酸的氨基和側鏈,能夠容忍羧基修飾。而Sestrin2識別亮氨酸的氨基和羧基,能夠一定程度上容忍側鏈修飾(2a、b)。
4)兩個受體蛋白存在組織分佈差異性,且在肌肉中,兩個受體協同調控mTORC1(2c)。

圖2:SAR1B和Sestrin2的差異及二者協同調控mTORC1信號模式圖

SAR1B在人類非小細胞肺癌中發揮潛在的抑製作用

人肺鱗狀細胞癌和肺腺癌中SAR1B突變數量和突變頻率的統計數據顯示,SAR1B在人肺鱗狀細胞癌和肺腺癌中常常是缺失的,另外,同時沉默兩種人肺成纖維細胞
(IMR-90和HFL1)
中的SAR1B及其同源蛋白SAR1A,消除了亮氨酸敏感性,並結構性地激活了mTORC1。
 
於是研究人員提出SAR1B-mTORC1信號可能在人類非小細胞肺癌中發揮潛在作用,並隨後建立了皮下異種移植腫瘤模型
(3a)
和原位異種移植腫瘤模型(3c)證明該假設。研究發現:
缺乏SAR1A和SAR1B促進皮下腫瘤生長(3b),同時促進小鼠肺內腫瘤生長(3d),另外代表性的免疫組化圖像顯示缺乏SAR1A和SAR1B可以促進腫瘤中的代謝重編程(3e),促進腫瘤的生長增殖。
以上實驗結果表明SAR1B可能在人類非小細胞肺癌中發揮潛在抑製作用。

圖3:SAR1B在肺癌中是潛在的腫瘤抑制子

綜上所述,該研究
發現了一個全新的亮氨酸受體蛋白SAR1B,並解析了其感應亮氨酸並通過GATOR2調控mTORC1信號的分子機制。
通過生物資訊學分析和建立裸鼠原位瘤模型,研究人員證明了
SAR1B是一個潛在的人類非小細胞肺癌抑癌因子,有希望成為非小細胞肺癌的新型生物標誌物,為非小細胞肺癌的治療提供新的藥物靶標。

Vazyme産品支撐

 

諾唯讚
(Vazyme)
的AceQ Universal SYBR qPCR Master Mix
 (Q511)
通用型高特異性染料法定量PCR檢測試劑盒助力該項研究。
 
研究人員通過分別敲降SARIB以及COPⅡ 其他組分的基因進行研究並以此證明了SAR1B獨立感知亮氨酸而不依賴於COPⅡ 的其他組分。在進行基因敲除效率的驗證中,均使用該産品進行qPCR檢測。AceQ Universal SYBR qPCR Master Mix
(Q511)
是使用SYBR Green I嵌合熒光法進行qPCR反應的專用預混液,非常適合於進行高特異性、高靈敏度的qPCR反應。本産品中含有特殊的ROX Passive Reference Dye,適應于所有qPCR儀器,無需在不同的儀器上調整ROX的濃度,只需在配製反應體系時加入引物和模板即可進行擴增。

諾唯讚始終堅持以高品質産品服務客戶,期望與更多科研工作者攜手同行,在生命科學的各個領域永攀高峰。

Q511産品相關資訊

産品名稱:
AceQ Universal SYBR qPCR Master Mix
産品貨號:
Q511

産品優勢

  • 全平臺通用:特殊的ROX參比染料,適用於所有qPCR儀,無需在不同的儀器上調整ROX濃度

  • 嚴謹的熱啟動酶:基於化學法熱啟動的AceTaq DNA Polymerase,提供完美的擴增特異性

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  • 卓越的擴增性能:
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名稱
貨號
規格
AceQ Universal SYBR qPCR Master Mix
Q511
500/2,500 rxn(20 μl/rxn)
Q511其他高分文獻引用
文章題目
期刊
影響因子
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參考文獻:
1. Robert A. Saxton, David M. Sabatini.. mTOR Signaling in Growth, Metabolism, and Disease.
Cell
 168, 960-976 (2017)
2. Bar-Peled, L. et al. A Tumor suppressor complex with GAP activity for the Rag GTPasesthat signal amino acid sufficiency to mTORC1. Science 340, 1100–1106 (2013)
3. Wolfson, R. L. et al. Sestrin2 is a leucine sensor for the mTORC1 pathway. Science 351,43–48 (2016)
4. Zanetti, G., Pahuja, K. B., Studer, S., Shim, S. & Schekman, R.. COPII and the regulation of protein sorting in mammals. Nat. Cell Biol. 14, 20–28 (2012)
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