近日，中國科學院分子細胞科學卓越創新中心研究員丁建平團隊在Journal of Molecular Cell Biology上發表題為Molecular basis for the functions of dominantly active Y35N and inactive D60K Rheb mutants in mTORC1 signaling的論文，該研究揭示了小G蛋白Rheb疾病相關突變體Y35N和D60K調控mTORC1活性的分子機制。
mTORC1信號通路通過感受和整合外界信息，如生長因子、能量狀態和營養水平等，調控多種生命過程。在胺基酸信號的刺激下，一系列蛋白質及複合物共同發揮功能，通過Rag GTPase將mTORC1招募到溶酶體膜上，使其被定位於溶酶體膜上的Rheb結合併激活。與其他小G蛋白類似，Rheb主要依靠結合GTP和GDP狀態的循環過程中switch區域的構象變化，發揮分子開關功能，並通過switch區域與mTOR激酶相互作用進而別構調控mTORC1的活性。Rheb在switch區域的突變直接影響了其對mTORC1信號通路的激活，如近期在多種腫瘤組織中被鑑定出的RhebY35N突變體，能夠在細胞飢餓狀態下表現出對mTORC1較高的激活作用；而失活型突變體RhebD60K無論在營養充足或飢餓條件下均不能激活mTORC1，但這些突變導致Rheb功能發生變化的分子機制均不清晰。
丁建平團隊長期從事mTORC1信號通路調控的分子機制研究，先後解析了該信號通路中一些重要調控蛋白包括Rheb、S6K1、CASTOR1和Ragulator複合物的晶體結構，揭示了它們在mTORC1信號通路中發揮功能的分子基礎。前期工作中，他們解析了Rheb-GTP和Rheb-GDP的晶體結構。在此基礎上，團隊進一步解析了RhebY35N-GppNHp、RhebY35N-GDP和RhebD60K-GDP的晶體結構。結構分析和體外功能實驗結果表明，在RhebY35N-GppNHp和RhebY35N-GDP結構中，switch I區域均「模擬」了RhebWT-GTP中的構象，導致RhebY35N無論結合GTP還是GDP均能與mTOR結合併激活mTORC1；而D60K的突變導致RhebD60K只能處於結合GDP的失活狀態，並且RhebD60K-GDP結構中switch I區域的構象與RhebWT-GDP中的類似，因此無法激活mTORC1。
該工作揭示了與疾病相關的Rheb突變體調控mTORC1活性的分子機制，有助於闡明mTORC1信號通路功能失調與相關疾病發生發展的關係，為針對這些突變體的藥物設計提供了結構基礎和理論依據。
該研究得到國家自然科學基金的支持。
RhebY35N和RhebD60K突變體調控mTORC1活性的分子機制
論文連結：
https://academic.oup.com/jmcb/article/12/9/741/5848656