​Cell | 新的调控因子G3BP加入mTORC1调控阵列

撰文丨酶美

图源：网络

mTORC1是细胞感知能量水平变化调控下游合成代谢的指挥中心。mTORC1在溶酶体上激活，需要来自细胞能量水平、氨基酸、葡萄糖、生长因子甚至还有氧气水平的调节信号，纷繁的上游信号通过各自的传感器来传达调节mTORC1复合体的活性。甚而出现不同路径来源氨基酸可实现对其的差异调控（BioArt报道：Science+Nature丨“那些花儿”——溶酶体内的氨基酸）。那些关系mTORC1的活性调节和信号输出的主要组织蛋白，大框架十分清楚，但在关键调控细节上仍然有许多不明之处。

近日，Cell发表了来自多国科学家的联合研究成果：G3BPs tether the TSC complex to lysosomes and suppress mTORC1 signaling。研究发现了mTORC1复合体新的上游调控蛋白，通常位于压力应激颗粒中的G3BP1/2蛋白负责招募TSC复合体来到溶酶体上，抑制mTORC1的活性。G3BP1/2这一功能与压力颗粒形成无关，G3BP1/2缺失引起mTORC1活性升高与肿瘤细胞迁移，神经发育和功能异常紧密相关。

研究起始于相关质谱分析，通常位于压力应激颗粒（SG，stress granules）中的G3BP1/2蛋白与mTOR有互作，同时富集的还有RICTOR和RPTOR。G3BP1首先鉴定为RasGAP-binding protein，后来发现其定位于压力颗粒并能结合RNA分子。压力颗粒可抑制mTORC1的活性，本研究发现在砷诱导压力颗粒形成，并敲除G3BP1基因，并不能改变压力颗粒的影响。进一步实验表明，在添加胰岛素和氨基酸后，mTORC1激活；而此时敲除G3BP1可进一步升高mTORC1底物的磷酸化。添加胰岛素/者氨基酸并不能诱导SG生成，因此G3BP1抑制mTORC1活性与压力颗粒无关。与此同时，另一个G3BP2蛋白，尽管与G3BP1序列高度同源且形成异源二聚体；G3BP2不能代替G3BP1的功能。

不在压力颗粒中，那么G3BP1/2蛋白在哪里调控mTORC1的活性呢？通过蔗糖梯度离心，作者发现G3BP1/2和TSC复合体在晚期内吞体和溶酶体组份中富集。PLA实验更表明G3BP1和溶酶体表面受体蛋白LAMP1，和TSC复合体中TSC2在原位有直接连接。作者下一步合理地推测G3BP1可招募TSC至溶酶体膜上来抑制mTORC1活性。G3BP1敲除后，TSC2和LAMP2的直接连接（PLA实验）减弱；TSC2缺失后，G3BP1敲除并不能进一步激活mTORC1.

生化实验表明G3BP1通过其C端RNA结合结构域直接和TSC2结合；并有通过较强的疏水作用介导两者的互作-G3BP1和TSC2结合可抵抗高浓度去垢剂的影响。G3BP1的N端则介导了它和溶酶体膜蛋白LAMP2位于胞质侧结构域的结合。通过双分子荧光互补实验及免疫沉淀实验，LAMP1/2-G3BP1-TSC2-mTOR在原位的直接接触或相互联系得到验证。功能上，G3BP1敲除则可进一步提高肿瘤通过mTORC1激活获得的迁移能力；在斑马鱼中，敲除G3BP1可引起神经组织形态和神经细胞活性异常。上述神经表型和mTROC1活性升高相关，雷帕霉素处理，可减轻这些表型。

综上所述，G3BP是一个新的mTORC1活性调节的关键蛋白。LAMP1/2-G3BP1/2招募TSC复合体至溶酶体膜，抑制mTORC1的活性。之前Cell报道了由G3BP1标记的RNA颗粒可挟持溶酶体完成长程运输（BioArt报道：Cell | 廖雅成博士等揭示RNA颗粒“挟持”溶酶体进行长程转运的新机制 ），但G3BP1只作为RNA颗粒的标记，并没有具体独立的功能阐述。G3BP1在RNA颗粒和溶酶体膜上的定位切换和功能调控将是十分有趣的研究问题。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.12.024