NCB：蛋白激酶N调控溶酶体膜脂转换从而协调mTORC1的营养感知通路

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mTOR复合物是细胞感知能量营养状态改变，协调应对环境胁迫的中心。mTORC1复合物平时和其调控复合物Ragulator位于溶酶体膜上，控制细胞生长、能量代谢和细胞稳态平衡。mTORC1同时接受生长因子和营养水平的刺激调控。而营养缺乏状态下，mTORC1从溶酶体膜上离开，其活性被抑制，细胞自噬过程启动，从合成代谢转换为分解代谢。众多实验室在解析mTORC1活性调控的机制竞赛中脱颖而出，列如Sabtini实验室发现了感知胞内氨基酸水平的调控蛋白，它们和特定氨基酸或代谢中间产物结合后可抑制GATOR从而激活Ragulator进而调控mTORC1的活性。Zoncu实验室揭示了溶酶体胆固醇对mTORC1调节机制，他们还对Ragulator和mTORC1复合物进行细致的结构和功能的分析。林圣彩教授实验室在AMPK蛋白功能调控上；AMPK调节mTORC1的机制上有卓越发现，一系列工作贯穿了整个葡萄糖感知通路，揭示了糖代谢调控mTOR活性的机制。

Haucke教授的实验室位于德国Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP)，他是研究脂类的专家。2017年，Science发表了Haucke团队的研究mTORC1 activity repression by late endosomal phosphatidylinositol 3,4-bisphosphate，他们发现了在生长因子（serum）缺乏的状态下，mTORC1活性通过囊泡膜脂转换而被抑制的机制。其中II型磷脂酰肌醇激酶PI3KC2β可与Raptor蛋白—mTOR复合物结合；催化晚期内吞小体/溶酶体膜上局部的PI(3,4)P2的合成。PI(3,4)P2招募14-3-3γ蛋白于溶酶体膜上和Raptor结合，从而实现抑制mTORC1的活性。其中一个尚未回答的问题是，PI3KC2β是如何在serum饥饿的状态下被激活实现上述调节过程？

图1 PI3KC2β合成PI(3,4)P2,招募14-3-3蛋白抑制mTORC1活性

8月26日，Nature Cell Biology发表了Haucke教授团队的成果：Protein kinase N controls a lysosomal lipid switch to facilitate nutrient signalling via mTORC1。他们发现了蛋白激酶N（PKN2）被mTORC2激活，PKN2可磷酸化PI3KC2β。14-3-3蛋白结合隔离磷酸化的PI3KC2β，抑制了其活性。而生长因子缺乏的状态下，该抑制通路失效，而PI3KC2β将催化溶酶体膜上PI(3,4)P2的生成，完成mTORC1的活性调节。

研究中，他们通过定量质谱分析鉴定发现了正常生长状态下多个14-3-3可和PI3KC2β结合。由于14-3-3蛋白识别结合磷酸化的底物，作者筛选了可对PI3KC2β进行磷酸化的激酶，发现蛋白激酶N—PKN1/2 (Protein kinase C-related) 可对PI3KC2β进行磷酸化。在细胞内，这一磷酸化使PI3KC2β主要分布于胞质中，无法上膜。而改变生长因子的水平，PI3KC2β蛋白定位于溶酶体膜上，RAB7A有助于其定位。进一步实验发现，细胞膜上的mTORC2通过对PKN2蛋白C端T958位的磷酸化而激活其活性，开启下游的抑制调控通路。

图2 PKN2调控PI3KC2β活性和上膜

总结来说，这两项工作完整揭示了在mTORC1活性调节中膜脂的转换过程。研究还建立mTORC2通过对PKN2-PI3KC2β通路的控制，实现对mTORC1的活性调节。PKN2、PI3KC2β在肌肉组织中高表达，这些发现不仅将有助于我们理解并控制相关疾病的机制。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41556-019-0377-3