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岷眉
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酶美
生物机体在自然界面临着各种压力和应激状况，演化出一系列复杂精密的感受能量状态变化调节自身代谢的分子机器。mTORC1复合体是细胞合成代谢的调控中心，生长因子，葡萄糖和氨基酸水平的改变都能影响mTORC1复合物的活性，进而控制下游底物激活和细胞生长。其中GATOR-Rag路径和FNIP-FLCN-Rag路径感知细胞氨基酸水平的变化来控制mTORC1的激活。氨基酸可来源于细胞外通过膜上的氨基酸转运蛋白直接输入；也可经由巨胞饮经内吞途径转运到溶酶体降解获得。溶酶体膜表面则是mTORC1复合物激活行使其功能之地。在已有的技术条件下，氨基酸感受的主要路线似乎已知晓，但其中很多问题尚未明了。
近端标记是近年发展起来特异蛋白质标记技术手段，主要有APEX、BioID和turboID三种方法。目标蛋白插入进行生物素化的亚基，可对与之相关的附近的蛋白质进行标记富集，通过质谱分析，获得蛋白质特殊时空分布和互作的信息。采用新的技术对现有生物学过程和目标蛋白进行探索，将提供更多更新的信息。
近日，Science刊发了来自加拿大多伦多大学Anne-ClaudeGingras实验室的研究成果：TheGATOR–RagGTPasepathwayinhibitsmTORC1activationbylysosome-derivedaminoacids。作者采用了BioID的方法鉴定比较了内吞运输途径不同目标囊泡上的蛋白质，揭示了不同来源的氨基酸对mTORC1的调控机制差异。
SNARE（SNAPReceptor）蛋白负责各种囊泡之间，囊泡与质膜之间的融合。SNARE蛋白的差别决定了融合膜系统的特异性。VAMP7和VAMP8属于R-SNARE蛋白，分别负责了内吞体与溶酶体，内吞体与质膜的融合过程。作者将BirA生物素化蛋白分别插入VAMP7和8位点，以鉴别不同性质囊泡融合过程所需蛋白差异。同时，还进行突变VAMP7的BioID实验为负对照。三组BioID获得的蛋白组进行了比较鉴定，虽然VAMP7和VAMP8获得的蛋白有很大部分重合，实验仍然富集了各自特异的相关功能蛋白组。
VAMP7经由AP-3复合物转运至将与溶酶体融合的囊泡表面，VAMP7的BioID富集了HOPS复合物（内吞溶酶体融合），溶酶体相关，mTORC1复合物蛋白及其上游调控GATOR2复合体的相关蛋白。
在完全饥饿条件下，可通过添加基本氨基酸（EAAs）或者BSA+Gln来增加胞内氨基酸水平以激活mTORC1。因为输入途径的差别，这两种来源的氨基酸对mTORC1的调控激活机制也产生了极大的差异。BSA+Gln可通过巨胞饮-内吞进入胞内，和溶酶体融合后被降解成基本氨基酸，转运出溶酶体后再激活mTORC1。敲低HOPS复合物的表达，干扰内吞溶酶体融合，将阻断BSA+Gln激活mTORC1。同时溶酶体输出氨基酸可不依赖于RagGTPase，而RAB7和Retromer敲低均可影响mTORC1激活。
而基本氨基酸通过质膜上氨基酸转运蛋白进入胞内后，通过氨基酸感受器来依次控制GATOR1/2和RagGTPase，最后激活mTORC1。因此这一氨基酸途径不受HOPS，AP3复合物的影响，但依赖于RagGTPase蛋白。
综上所述，两种不同来源途径的氨基酸依赖于不同的复合物来激活mTORC1；而溶酶体降解产生的氨基酸不依赖于GATOR-Rag来激活mTORC1，甚至GATOR-Rag轴对这一途径的mTORC1激活有所抑制。这一现象背后的机制亟待进一步的深入探索。
使用新技术研究已知生物学过程获得了新的认识；新技术的使用也使我们得以窥探到以前难以深入的生物学过程。
近日，Nature在线发表了MITDavid.Sabtini团队的研究：MFSD12mediatestheimportofcysteineintomelanosomesandlysosomes。研究鉴定确认了首个负责向溶酶体输入氨基酸的转运蛋白MFSD12，MFSD12可能负责转运半胱氨酸进入溶酶体内，调节色素形成和溶酶体稳态平衡。
黑色素体是类溶酶体细胞器，负责色素的合成和分泌。作者将黑色素体膜蛋白GPR插上3xHA标签，在细胞中迅速分离富集这一细胞器，对其进行蛋白组和代谢组分析，以深入探索黑色素合成分泌的机制。
MFSD12在多项GWAS实验中发现和不同人种的肤色差异相关，它的缺失可造成色素合成增加色素加深。MFSD12也定位于黑色素体和溶酶体上，但其具体的功能未知。作者利用这项快速分离细胞器的方法，检测了MFSD12缺失的黑色素体中的代谢产物情况，并发现mfsd12-/-的黑色素体中胱氨酸（cystin）水平急剧降低。他们推测半胱氨酸水平（cysteine）的降低造成了胱氨酸减少。与此同时，mfsd12-/-黑色素体还检测到半胱氨酸和络氨酸的产物cysteinyldopas的减少，和他们的推测相符合。在细胞中，作者也检测到伴随mfsd12的缺失，溶酶体中胱氨酸水平降低。上述实验结果表明，MFSD12蛋白和半胱氨酸在溶酶体中的累积密切相关。
进一步实验表明，突变的MFSD12蛋白可驻留在细胞膜上，引起[35S]cysteine向胞内累积。而未标记的cysteine可竞争MFSD12，减少[35S]cysteine向胞内累积。结果提示MFSD12可能直接负责向溶酶体和黑色素体转运半胱氨酸。
遗憾的是，作者未能完成在人工脂质体上进行MFSD12对半胱氨酸的直接转运实验，但众多实验证据均提示了MFSD12可能直接向溶酶体内输入半胱氨酸；而这是首个发现的溶酶体氨基酸输入蛋白。
溶酶体降解输入的蛋白质和肽段，贮存氨基酸，向细胞输出氨基酸，可直接激活mTORC1控制合成代谢。一直以来，发现多个溶酶体氨基酸转运蛋白，均是负责输出。MFSD12蛋白的功能鉴定，则提示了氨基酸在溶酶体可出也可进，进一步说明了溶酶体在细胞能量代谢稳态维持的重要作用。半胱氨酸是细胞氧化还原状态调节的重要分子，其转运蛋白CTNS的异常造成了胱氨酸溶酶体储积病症；溶酶体内半胱氨酸水平升高可造成线粒体功能异常铁平衡改变和机体衰老（Cell
半胱氨酸毒性导致衰老相关线粒体减少）。MFSD12功能的确认和深入分析，将有助于科学家找到更多维持溶酶体功能和调控活性的方法。
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