结构生物化学/酶调控/氨基酸感知和转运

氨基酸感知

氨基酸的可用性通过控制信号通路和基因表达在细胞生理中起着关键作用。

GCN2（氨基酸生物合成的一般控制，非抑制2）是细胞内氨基酸充足度的传感器，用于转化蛋白质合成；GCN2可以检测到积累的未带电氨酰-tRNA的氨基酸缺乏。通常，氨酰-tRNA是带电的。

• GCN2是一种激酶，能够磷酸化真核翻译起始因子2-α（eIF2a），从而抑制其鸟嘌呤核苷酸交换因子eIF2B；并调节mTORC1和GADD34，一种蛋白磷酸酶-1结合到TSC1和TSC2，促进TSC2 T1462去磷酸化，这是一个主要的Akt磷酸化位点，它诱导TSC-GAP活性以降低Rheb-GTP的充电，从而抑制mTORC1。

• eIF2a间接地损害eIF2功能并抑制翻译起始。（例如：在S51处）这上调了mRNA子集的翻译。例如，ATF4促进氨基酸生物合成基因阵列的表达。

• 只有亮氨酸对mTORC1有强烈的作用。未带电的tRNA不影响mTORC1信号传导——使用带有温度敏感氨酰tRNA合成酶活性的细胞系。然而，氨酰tRNA的缺乏减少并没有解释mRORC1信号的快速抑制；因此，GCN2对氨基酸的感知直接参与AA诱导的mTORC1激活，需要更多证据。

AA转运蛋白作为细胞内AA水平的调节剂

• AA转运蛋白通过改变细胞内AA浓度或充当受体/转运受体来启动细胞内信号通路来调节TORC1。

• 亮氨酸是mTORC1的强激活剂。

• 系统L被称为LAA转运系统，即LAT 1/2（L型AA转运蛋白½和4F2hc/CD98糖蛋白）是中性氨基酸（如亮氨酸）的主要通道/入口，伴随着细胞质氨基酸的流出。然而，LAT1在活跃生长的肿瘤中高度存在。

• 细胞内氨基酸的积累是通过系统A转运蛋白完成的，例如SNAT2（钠耦合中性AA转运蛋白2）。

• SNAT2是系统A转运蛋白的一种类型，由于其单向Na+-AA耦合转运循环而浓缩氨基酸。

• 系统L和系统A的表达与mTORC1活性正相关。这解释了谷氨酰胺刺激亮氨酸对TOR活性的作用，尽管谷氨酰胺本身对TOR活性没有影响。

• 作为氨基酸转运的结果，Na+和极性/带电氨基酸往往会改变其细胞膜极化。去极化的结果是细胞内Ca2+升高，这与AA依赖性mTORC1和Vps34激活有关。

• 胰岛素促进系统A AA转运蛋白从骨骼肌细胞的内体隔室定位到细胞表面，以模拟氨基酸信号传导。

• 细胞因子增强系统L。例如：细胞因子促进淋巴细胞的生长。

• 亮氨酸转运可能通过PMA（佛波酯）和离子霉素阻止T细胞激活导致的信号通路（如TORC1）的意外激活。

• 还提出了一个两步AA转运机制来解释AA对mTORC1的激活。首先，高亲和力L-谷氨酰胺转运蛋白SLC1A5负责细胞内谷氨酰胺的积累；其次，异二聚体SLC7A5/SLC3A3双向转运蛋白作为细胞内亮氨酸积累和mTORC1激活使用细胞内谷氨酰胺作为流出底物来摄取细胞外亮氨酸。

• TORC1中AA转运蛋白的例子：果蝇slimfast和minidiscs感知营养物质的可用性并控制体型。AA转运蛋白作为传感器：转运受体

• 在酵母/果蝇等低等真核生物中发现。

• 酵母AA通透酶Gap1激活cAMP/PKA（蛋白激酶A）信号通路来调节代谢和应激反应基因的表达。

• 缩短Gap1 C末端会导致PKA信号通路的永久激活，与Gap1转运活性无关（在表型中，体内组成型激活的PKA）。

• Ssy1（酵母AA通透酶同源物）感知细胞外AA以刺激蛋白水解依赖性信号通路，从而增加各种AA和肽通透酶的表达。

• 果蝇——通过PATH（PAT（质子辅助AA转运蛋白）转运蛋白，通过与TOR相互作用来调节生长）可以验证AA转运受体和TORC1的连接。（SLC36是介质）。PATH可以通过机制控制生长，不需要AA转运，因此它主要充当受体。

• PAT存在于哺乳动物溶酶体、质膜和内体隔室的表面。它与酵母中的AVT（AA液泡转运蛋白）有关，因此它可以转运AA出液泡和酵母中的溶酶体等效结构。

• PAT在全身表达，例如在人类中，PAT- PAT1和PAT4在正常组织和癌细胞系中强烈表达，是mTORC1激活和细胞增殖所必需的。

• minidiscs（脂肪体特异性AA转运蛋白）的突变体具有正常大小，可以在野生型宿主中促进生长。

结论:

• TORC1是一个中央细胞生长调节器，必须整合一系列生长刺激和抑制信号来控制翻译、自噬和细胞生长。

• PI3K-PKB/Akt信号通路分支在mTORC1中磷酸化TSC2和PRAS40。

• AMPK在mTORC1中响应能量饥饿压力磷酸化TSC2和Raptor。

• AA信号传导与TORC1调节的TSC1/2-Rheb分支平行。

• 在AA和TORC1之间的所有连接器中，Rag GTP酶是最令人信服的连接器，它直接参与响应AA的TORC1激活。

• 所有数据都得到酵母和果蝇中的遗传数据以及体外生化/细胞生物学的支持。

• 相反，AA中的Vps34、MAP4K3、RalA和Rab5信号传导需要更多验证。

• 活跃的RagA或RagB结合Raptor以募集TORC1到溶酶体，在那里TORC1被Rheb（定位于溶酶体）激活。这解释了Rheb和Rag对于完全的TORC1激活是必要的。Rag GTP酶（异二聚体）定位于溶酶体表面，以与p14/MP1/P18复合物反应。

引用：--Shc036 (讨论 • 贡献) 06:13, 30 October 2011 (UTC)

参考文献

Christie GR, Hyde R, Hundal HS. 氨基酸转运蛋白的氨基酸可用性调节。Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2001 Sep;4(5):425–431。