近日，中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心研究員丁建平團隊在Journal of Molecular Cell Biology上發(fā)表題為Molecular basis for the functions of dominantly active Y35N and inactive D60K Rheb mutants in mTORC1 signaling的論文，該研究揭示了小G蛋白Rheb疾病相關(guān)突變體Y35N和D60K調(diào)控mTORC1活性的分子機制。
　　mTORC1信號通路通過感受和整合外界信息，如生長因子、能量狀態(tài)和營養(yǎng)水平等，調(diào)控多種生命過程。在氨基酸信號的刺激下，一系列蛋白質(zhì)及復合物共同發(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Rheb結(jié)合并激活。與其他小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mTORC1信號通路的激活，如近期在多種腫瘤組織中被鑒定出的RhebY35N突變體，能夠在細胞饑餓狀態(tài)下表現(xiàn)出對mTORC1較高的激活作用；而失活型突變體RhebD60K無論在營養(yǎng)充足或饑餓條件下均不能激活mTORC1，但這些突變導致Rheb功能發(fā)生變化的分子機制均不清晰。

丁建平團隊長期從事mTORC1信號通路調(diào)控的分子機制研究，先后解析了該信號通路中一些重要調(diào)控蛋白包括Rheb、S6K1、CASTOR1和Ragulator復合物的晶體結(jié)構(gòu)，揭示了它們在mTORC1信號通路中發(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，團隊進一步解析了RhebY35N-GppNHp、RhebY35N-GDP和RhebD60K-GDP的晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)分析和體外功能實驗結(jié)果表明，在RhebY35N-GppNHp和RhebY35N-GDP結(jié)構(gòu)中，switch I區(qū)域均“模擬”了RhebWT-GTP中的構(gòu)象，導致RhebY35N無論結(jié)合GTP還是GDP均能與mTOR結(jié)合并激活mTORC1；而D60K的突變導致RhebD60K只能處于結(jié)合GDP的失活狀態(tài)，并且RhebD60K-GDP結(jié)構(gòu)中switch I區(qū)域的構(gòu)象與RhebWT-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活性的分子機制，有助于闡明mTORC1信號通路功能失調(diào)與相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展的關(guān)系，為針對這些突變體的藥物設(shè)計提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

該研究得到國家自然科學基金的支持。

論文鏈接

中科院分子細胞卓越中心揭示小G蛋白Rheb疾病相關(guān)突變體調(diào)控mTORC1活性的分子機制-肽度TIMEDOO

RhebY35N和RhebD60K突變體調(diào)控mTORC1活性的分子機制

來源：中科院