結構生物化學/酶調控/氨基酸感知和轉運

氨基酸感知

氨基酸的可用性透過控制訊號通路和基因表達在細胞生理中起著關鍵作用。

GCN2（氨基酸生物合成的一般控制，非抑制2）是細胞內氨基酸充足度的感測器，用於轉化蛋白質合成；GCN2可以檢測到積累的未帶電氨醯-tRNA的氨基酸缺乏。通常，氨醯-tRNA是帶電的。

• GCN2是一種激酶，能夠磷酸化真核翻譯起始因子2-α（eIF2a），從而抑制其鳥嘌呤核苷酸交換因子eIF2B；並調節mTORC1和GADD34，一種蛋白磷酸酶-1結合到TSC1和TSC2，促進TSC2 T1462去磷酸化，這是一個主要的Akt磷酸化位點，它誘導TSC-GAP活性以降低Rheb-GTP的充電，從而抑制mTORC1。

• eIF2a間接地損害eIF2功能並抑制翻譯起始。（例如：在S51處）這上調了mRNA子集的翻譯。例如，ATF4促進氨基酸生物合成基因陣列的表達。

• 只有亮氨酸對mTORC1有強烈的作用。未帶電的tRNA不影響mTORC1訊號傳導——使用帶有溫度敏感氨醯tRNA合成酶活性的細胞系。然而，氨醯tRNA的缺乏減少並沒有解釋mRORC1訊號的快速抑制；因此，GCN2對氨基酸的感知直接參與AA誘導的mTORC1啟用，需要更多證據。

AA轉運蛋白作為細胞內AA水平的調節劑

• AA轉運蛋白透過改變細胞內AA濃度或充當受體/轉運受體來啟動細胞內訊號通路來調節TORC1。

• 亮氨酸是mTORC1的強啟用劑。

• 系統L被稱為LAA轉運系統，即LAT 1/2（L型AA轉運蛋白½和4F2hc/CD98糖蛋白）是中性氨基酸（如亮氨酸）的主要通道/入口，伴隨著細胞質氨基酸的流出。然而，LAT1在活躍生長的腫瘤中高度存在。

• 細胞內氨基酸的積累是透過系統A轉運蛋白完成的，例如SNAT2（鈉耦合中性AA轉運蛋白2）。

• SNAT2是系統A轉運蛋白的一種型別，由於其單向Na+-AA耦合轉運迴圈而濃縮氨基酸。

• 系統L和系統A的表達與mTORC1活性正相關。這解釋了谷氨醯胺刺激亮氨酸對TOR活性的作用，儘管谷氨醯胺本身對TOR活性沒有影響。

• 作為氨基酸轉運的結果，Na+和極性/帶電氨基酸往往會改變其細胞膜極化。去極化的結果是細胞內Ca2+升高，這與AA依賴性mTORC1和Vps34啟用有關。

• 胰島素促進系統A AA轉運蛋白從骨骼肌細胞的內體隔室定位到細胞表面，以模擬氨基酸訊號傳導。

• 細胞因子增強系統L。例如：細胞因子促進淋巴細胞的生長。

• 亮氨酸轉運可能透過PMA（佛波酯）和離子黴素阻止T細胞啟用導致的訊號通路（如TORC1）的意外啟用。

• 還提出了一個兩步AA轉運機制來解釋AA對mTORC1的啟用。首先，高親和力L-谷氨醯胺轉運蛋白SLC1A5負責細胞內谷氨醯胺的積累；其次，異二聚體SLC7A5/SLC3A3雙向轉運蛋白作為細胞內亮氨酸積累和mTORC1啟用使用細胞內谷氨醯胺作為流出底物來攝取細胞外亮氨酸。

• TORC1中AA轉運蛋白的例子：果蠅slimfast和minidiscs感知營養物質的可用性並控制體型。AA轉運蛋白作為感測器：轉運受體

• 在酵母/果蠅等低等真核生物中發現。

• 酵母AA通透酶Gap1啟用cAMP/PKA（蛋白激酶A）訊號通路來調節代謝和應激反應基因的表達。

• 縮短Gap1 C末端會導致PKA訊號通路的永久啟用，與Gap1轉運活性無關（在表型中，體內組成型啟用的PKA）。

• Ssy1（酵母AA通透酶同源物）感知細胞外AA以刺激蛋白水解依賴性訊號通路，從而增加各種AA和肽通透酶的表達。

• 果蠅——透過PATH（PAT（質子輔助AA轉運蛋白）轉運蛋白，透過與TOR相互作用來調節生長）可以驗證AA轉運受體和TORC1的連線。（SLC36是介質）。PATH可以透過機制控制生長，不需要AA轉運，因此它主要充當受體。

• PAT存在於哺乳動物溶酶體、質膜和內體隔室的表面。它與酵母中的AVT（AA液泡轉運蛋白）有關，因此它可以轉運AA出液泡和酵母中的溶酶體等效結構。

• PAT在全身表達，例如在人類中，PAT- PAT1和PAT4在正常組織和癌細胞系中強烈表達，是mTORC1啟用和細胞增殖所必需的。

• minidiscs（脂肪體特異性AA轉運蛋白）的突變體具有正常大小，可以在野生型宿主中促進生長。

結論:

• TORC1是一箇中央細胞生長調節器，必須整合一系列生長刺激和抑制訊號來控制翻譯、自噬和細胞生長。

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

• AMPK在mTORC1中響應能量飢餓壓力磷酸化TSC2和Raptor。

• AA訊號傳導與TORC1調節的TSC1/2-Rheb分支平行。

• 在AA和TORC1之間的所有聯結器中，Rag GTP酶是最令人信服的聯結器，它直接參與響應AA的TORC1啟用。

• 所有資料都得到酵母和果蠅中的遺傳資料以及體外生化/細胞生物學的支援。

• 相反，AA中的Vps34、MAP4K3、RalA和Rab5訊號傳導需要更多驗證。

• 活躍的RagA或RagB結合Raptor以募集TORC1到溶酶體，在那裡TORC1被Rheb（定位於溶酶體）啟用。這解釋了Rheb和Rag對於完全的TORC1啟用是必要的。Rag GTP酶（異二聚體）定位於溶酶體表面，以與p14/MP1/P18複合物反應。

引用：--Shc036 (討論 • 貢獻) 06:13, 30 October 2011 (UTC)

參考文獻

Christie GR, Hyde R, Hundal HS. 氨基酸轉運蛋白的氨基酸可用性調節。Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2001 Sep;4(5):425–431。