团队解决了关键的mTORC1激活剂的结构

怀特海研究所的科学家领导的一个研究小组描述了一种关键蛋白质复合物的结构，该复合物有助于激活mTORC1，mTORC1是一种主要的生长调节剂，可使细胞快速响应不断变化的营养水平。该活化复合物包含两种蛋白，卵泡蛋白(FLCN)和FNIP2，后者在遗传性肿瘤综合征中被破坏。正如《Cell》杂志11月5 日所述，研究小组的发现揭示了FLCN和FNIP2如何彼此相互作用以及与mTORC1的其他关键成分相互作用，从而调节营养和生长信号。这些见解将有助于指导未来的研究，包括发现干扰mTORC1信号传导的药物。

“这些蛋白质是整个mTORC1系统中非常关键的部分，可以根据营养物质的存在而快速开启，”怀特海德研究所成员，麻省大学生物学教授，资深作者David Sabatini说。霍华德·休斯医学研究所(HHMI)的技术和研究人员。“现在，对它们的结构有了详细的了解，我们就可以开始研究它们的复杂生物学了。”

FLCN和FNIP2共同激活mTORC1，但通过打开另一套称为Rag GTPases的蛋白质来间接激活。这种精巧的合作已经被认可了几年，但是分子的细节(例如，各种蛋白质的哪些部分最重要)仍然不清楚。此外，FLCN中的遗传突变与Birt-Hogg-Dube(BHD)综合征相关，这是一种遗传病，包括易患肾癌以及身体其他部位的良性肿瘤。这些突变如何改变蛋白质功能并导致疾病也是未知的。

“我们真的想了解这些蛋白与mTORC1信号开关的基本机械性能，”第一作者卡茨珀Rogala，萨巴蒂尼在实验室的博士后研究员说。“在不知道结构的情况下，我们可以做出假设，但只有详细了解情况，我们才能真正理解它们的工作原理。”

Rogala与共同第一作者，另一位Sabatini实验室博士后研究员Kuang Shen一起使用了冷冻电子显微镜(cryo-EM)，确定了Rag GTPases和mTORC1复合体另一个复合体中FLCN-FNIP2的结构。 (称为Ragulator)。他们与低温电磁专家Yuzhiheng Yu和他的HHMI同事密切合作。

通过这些结构研究，Rogala，Shen及其同事取得了一些关键发现。一个不寻常的发现是，FLCN和FNIP2在两个位点彼此结合，而不仅仅是一个位点，这通常是在由两种蛋白质组成的复合物中观察到的。

另外，这两种蛋白各自包含相同的两个结构域：在一端的一个Longin结构域和在另一端的一个DENN结构域。来自每种蛋白质的相应结构域组装在一起，形成了研究人员称为“二聚体的二聚体”。

“这是一个非常独特的蛋白质结构，”沉说。“实际上，它与mTORC1的另一个关键调节器GATOR1的结构非常相似。” 他领导了GATOR1的低温EM分析，该分析于2018年在《自然》杂志上发表。

Rogala，Shen及其同事还确定了FLCN的关键结构特征，该特征负责激活Rag GTPases，该功能依赖于酶促活性来帮助开启mTORC1信号。此功能被称为精氨酸指，因为它在关键位置包含氨基酸精氨酸。发现这种结构元素将指导设计针对它的药物。

最后，当团队仔细检查精氨酸手指时，他们注意到它没有位于他们期望的位置。为了激活Rag GTPases，精氨酸的手指必须非常靠近催化部位，就像钥匙孔中的钥匙一样。但是在这种情况下，钥匙悬在钥匙孔外面。

Rogala说：“这真是一个令人惊讶的事实，它告诉我们我们已经以某种中间状态捕获了该复合物。” “现在，我们可以开始寻找其他国家来检查它们的结构，并开始重建整个催化路径。”

现在，通过详细了解FLCN和FNIP2的结构，研究人员希望对mTORC1信号传导的机理有更深入的了解，这是设计可有效抑制这些信号的药物的关键一步。此外，研究小组还计划探索一些长期存在的生物学问题，例如FLCN如何导致BHD综合征的肿瘤形成。

激活mTORC1的蛋白质通常被认为是癌基因，而FLCN却起着抑癌作用-这意味着当其功能丧失时，就会形成肿瘤。

“这困扰了这个领域十多年了，”沉说。“仍然没有答案，但是现在，以我们的结构为指导，我们可以开始以更具指导性的方式合理地探究这个问题以及其他许多问题。”