成長と増殖を司るTORC1のタンパク質分解システムを介した活性制御機構の解明

阐明通过TORC1蛋白水解系统控制生长和增殖的活性调节机制

• 批准号: 21K06170
• 负责人: 荒木 保弘
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06170/
• 关键词: TORC1; Pib2経路; 酵母; アミノ酸; システイン; 細胞成長; 細胞増殖; リン酸化修飾; ユビキチン; プロテアソーム; リン酸化酵素; ユビキチンプロテアソーム系; 成長と増殖

細胞は栄養源を感知して、細胞の増殖と成長を厳密に制御している。この情報はTORC1に集約され、このリン酸化酵素活性のオンオフに転換される。TORC1は多岐にわたる栄養源の中でもアミノ酸に対してよく反応する。細胞が20種ものアミノ酸をどのように認識し、TORC1を活性化するかは最大の未解決問題である。酵母を用いた遺伝学的解析から申請者は新規TORC1活性化経路としてPib2経路を見出し、既知のGtr/Ego経路及び新規Pib2経路の二経路のみがTORC1活性化経路として機能することを報告してきた。本研究課題ではこれまでに20種のアミノ酸それぞれがGtr経路とPib2経路のどちらを介してTORC1を活性化するのかを検証し、二つの経路は応答するアミノ酸に違いがあることが明らかにしている。この成果をもとに今年度は新規Pib2経路の分子機序の解明を目的に以下の三点を明らかにした。第一にPib2経路のみを経由するアミノ酸であるシステインを添加するとTORC1-Pib2間の相互作用がin vivoとin vitroの両者で亢進しTORC1を活性化すること、第二にシステインに呼応するTORC1-Pib2間相互作用の亢進には既知のTORC1結合領域に加えて新規な高保存領域が必要であること、第三にPib2がアイソトープで標識したシステインへ直接結合することを見出した。これらはPib2がシステインを直接感知し、TORC1へその存在を伝えるシステインセンサーであることを強く示唆する。アミノ酸センサーは哺乳細胞において少数のアミノ酸について先駆的研究がなされているが、これらは種間で保存されておらず、酵母においてアミノ酸センサーの知見は皆無である。本研究により、TORC1活性化の分子機構、特に多様なアミノ酸センシング機構の理解が種を超えて大きく進むものと考える。

细胞感知营养源并严格控制细胞增殖和生长。该信息聚集在 TORC1 中并打开和关闭该激酶活性。 TORC1 对多种营养来源中的氨基酸有良好的反应。最大的未解决问题是细胞如何识别 20 种不同的氨基酸并激活 TORC1。通过使用酵母进行遗传分析，申请人发现Pib2途径作为新的TORC1激活途径，并报道只有已知的Gtr/Ego途径和新的Pib2途径这两种途径起到TORC1激活途径的作用。在这个研究项目中，我们到目前为止已经验证了20个氨基酸中的每一个是否通过Gtr途径或Pib2途径激活TORC1，并发现这两种途径的响应氨基酸有所不同。基于这些结果，今年我们阐明了以下三点，旨在阐明新型Pib2途径的分子机制。首先，添加半胱氨酸（一种仅通过 Pib2 途径的氨基酸）可减少体内外 TORC1 和 Pib2 之间的相互作用。其次，除了已知的TORC1结合区域之外，TORC1-Pib2相互作用的增强还需要一个新的高度保守的区域；第三，我们发现Pib2直接与同位素标记的半胱氨酸结合。这些强烈表明Pib2是一种半胱氨酸传感器，可以直接感知半胱氨酸并通知TORC1其存在。人们对哺乳动物细胞中的少数氨基酸进行了开创性研究，但这些氨基酸在物种之间并不保守，并且对酵母中的氨基酸传感器尚无了解。我们相信这项研究将极大地增进我们对TORC1激活分子机制的理解，特别是跨物种的多种氨基酸传感机制。

项目成果

Isoflurane induces Art2-Rsp5-dependent endocytosis of Bap2 in yeast.

• DOI: 10.1002/2211-5463.13302
• 发表时间: 2021-11
• 期刊: FEBS open bio
• 影响因子: 2.6
• 作者: Kozu F;Shirahama-Noda K;Araki Y;Kira S;Niwa H;Noda T
• 通讯作者: Noda T

二つのTORC1活性化経路の上流に位置するアミノ酸の同定

位于两个 TORC1 激活途径上游的氨基酸的鉴定

• 发表时间: 2021
• 作者: Qingzhong Zeng;荒木 保弘;野田 健司
• 通讯作者: 野田 健司

Sar1 は酵母においてもアミノ酸センサーとして機能するのか

Sar1 在酵母中也起到氨基酸传感器的作用吗？

• 发表时间: 2022
• 作者: 荒木保弘

TORC1 senses amino acids through distinct upstream pathways to inhibit autophagy

TORC1 通过不同的上游途径感知氨基酸来抑制自噬

• 发表时间: 2022
• 作者: Qingzhong Zeng;Yasuhiro Araki;Takeshi Noda
• 通讯作者: Takeshi Noda

Cysteine-activated TORC1 is dependent on the Pib2 pathway

半胱氨酸激活的 TORC1 依赖于 Pib2 通路

• 发表时间: 2022
• 作者: Qingzhong Zeng;Yasuhiro Araki;Takeshi Noda
• 通讯作者: Takeshi Noda