哺乳動物雷帕霉素復合物1（mTORC1）調節細胞生長，代謝和自噬。廣泛的研究集中在激活mTORC1的途徑，如生長因子和氨基酸；然而，對于直接抑制mTORC1活性的信號傳導提示知之甚少。
2019年5月21日，加州大學圣地亞哥分校管坤良及德克薩斯大學西南醫學中心Jenna L Jewell 共同通訊在eLife在線發表題為“GPCR signaling inhibits mTORC1 via PKA phosphorylation of Raptor”的研究論文，該研究揭示G蛋白偶聯受體（GPCRs）與Gαs蛋白配對增加環腺苷3'5'單磷酸（cAMP）激活蛋白激酶A（PKA）和抑制mTORC1。
在機制上，PKA使Ser 791上的mTORC1組分Raptor磷酸化，導致mTORC1活性降低。一致地，在Raptor Ser 791突變為Ala的細胞中，即使在PKA活化后，mTORC1活性也部分地被拯救。 Gαs偶聯的GPCR刺激導致多種細胞系和小鼠組織中mTORC1的抑制。該研究結果揭示了直接抑制mTORC1的信號通路，并表明與Gαs蛋白配對的GPCR可能是過度活化的mTORC1的人類疾病的潛在治療靶點。
細胞感知其環境并通過協調合成代謝和分解代謝過程來控制細胞生長，新陳代謝和自噬。足夠的營養物質可以促進合成代謝，例如蛋白質合成，而營養缺乏會導致分解代謝，如自噬。當這種傳感機制丟失時，最終結果可能是不利的，往往導致人類疾病。哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）是一種進化上保守的Ser / Thr激酶，是一種稱為mTOR復合物1（mTORC1）的復合物的關鍵組分，在細胞生長調節中是必不可少的。升高的mTORC1活性通常見于許多人類疾病，包括癌癥，肥胖癥，2型糖尿病，神經變性和代謝紊亂。除mTOR外，mTOR復合物1包含mTOR（Raptor）的調節相關蛋白，其有助于mTOR底物識別。因此，通過了解mTORC1調節和抑制中涉及的分子機制，可以進一步了解細胞生長調節并開發更有效的治療方法。
生長因子，氨基酸，脅迫和能量狀態是mTORC1感知的刺激。氨基酸被認為是最有效的并且對于mTORC1活化是必需的。例如，當氨基酸有限時，生長因子不能激活最大的mTORC1活性。通過尚未完全清楚的機制，認為升高的氨基酸濃度促進mTORC1溶酶體定位，其中mTOR接近并且被富含腦的小G蛋白Ras同源物（Rheb）激活。 Rheb通過最后15個氨基酸靶向溶酶體表面，包括其C-末端CAAX（C =半胱氨酸，A =脂肪族，X =末端氨基酸）盒的異戊二烯化。生長因子通過抑制結節性硬化復合體（TSC）腫瘤抑制因子激活Rheb和mTORC1。 TSC是一種用于Rheb的GTP酶活化蛋白（GAP），可促進Rheb-guanosine triphosphate（GTP）水解，將Rheb轉化為無活性的鳥苷二磷酸（GDP）結合狀態。值得注意的是，TSC過度活化mTORC1中的功能喪失突變導致結節性硬化和淋巴管平滑肌瘤病（LAM）。 結節性硬化和LAM患者依賴雷帕霉素作為主要藥物治療。
鑒定Rag GTP酶將氨基酸信號傳導與溶酶體中的mTORC1活化偶聯。在哺乳動物中有四種Rag基因：RagA和RagB具有高序列相似性并且在功能上是冗余的，而RagC和RagD在序列上高度相關并且也是冗余的。 RagA或RagB與RagC和RagD形成異二聚體，并且這種二聚化對于mTORC1活化和Rag蛋白穩定性是必需的。
環腺苷3'5'單磷酸（cAMP）是具有多種生理功能的重要第二信使，包括細胞增殖和分化。 cAMP的上游是七個跨膜結構域受體，稱為G蛋白偶聯受體（GPCR），其與cAMP一樣與癌癥的發展有關，并且已發現在多種癌細胞中高表達。人類基因組有800多個GPCR成員，這是制藥行業研究最多的藥物靶標之一，占FDA批準的所有藥物的27％以上。配體-GPCR相互作用引起GPCR構象變化，促使Gαs與GTP結合，導致Gα與β-和γ-亞基的解離。然后游離的GTP結合的Gα結合并激活稱為腺苷酸環化酶，其催化ATP轉化為cAMP。 cAMP濃度增加可導致PKA激活。在不存在cAMP的情況下，PKA是酶促失活的四聚體全酶，其由兩個催化亞基和兩個調節亞基組成。在GPCR-Gαs信號傳導的下游，cAMP通過與調節亞基協同結合而激活PKA，導致催化亞基的釋放和活化。當PKA被激活時，它磷酸化多種底物，優選在識別基序Arg-Arg-X-Ser / Thr-Y（RRXS / TY）上，其中Y傾向于是疏水殘基，Ser / Thr是可磷酸化的殘留物。 PKA底物在多個信號級聯和不同組織中發揮不同的作用。
在本研究中，該研究揭示G蛋白偶聯受體（GPCRs）與Gαs蛋白配對增加環腺苷3'5'單磷酸（cAMP）激活蛋白激酶A（PKA）和抑制mTORC1。在機制上，PKA使Ser 791上的mTORC1組分Raptor磷酸化，導致mTORC1活性降低。一致地，在Raptor Ser 791突變為Ala的細胞中，即使在PKA活化后，mTORC1活性也部分地被拯救。 Gαs偶聯的GPCR刺激導致多種細胞系和小鼠組織中mTORC1的抑制。該研究結果揭示了直接抑制mTORC1的信號通路，并表明與Gαs蛋白配對的GPCR可能是過度活化的mTORC1的人類疾病的潛在治療靶點。
參考信息：
https://elifesciences.org/articles/43038