Axin介导能量应激中LKB1的出核转运及其激活的分子机制

The AMP-activated protein kinase (AMPK) is the principal sensor of energy states. Under nutritional deprivation, hypoxia or heightened exercise, AMP levels (relative to ATP) are increased.In addition to AMP binding, AMPK requires the presence of the liver kinase B1 (LKB1) for activation. Therefore, the LKB1-AMPK signalling axis is the most important system for cells to respond to metabolic stresses. When we explored physilogical function of Axin, we found that Axin could enhance the interaction of LKB1 and AMPK。Knocking down Axin by siRNA could suppress AMPK activation and LKB1 translocation undter nutrient-poor conditions. LKB1 Ser428 phosphorylation is required for nucleocytoplasmic transport of LKB1. We dicovered that Axin can increase Ser428 phosphorylation of LKB1. However, the mechanism for the regulation of LKB1 translocation remains unclear. We hereby propose to explore the mechanism and the bilogical significance of the regulation of LKB1 translation by Axin by using immunofluorescence assay, subcellular fractionation, flow cytometry, and in vitro reconstitution assay. This work will make important advancement for the understanding of how AMPK is activated by energy stress.

AMP-激活蛋白激酶（AMPK）是胞内一种重要的感知能量状态的感受因子。在能量缺乏时，AMP（相对于ATP）的水平增加，AMP结合到AMPK后还需LKB1磷酸化AMPK才能完全激活AMPK，使得LKB1-AMPK信号通路是细胞感知能量压力最重要的信号通路。我们在研究Axin代谢功能时发现，Axin可与LKB1和AMPK相互作用形成复合体，用siRNA敲低Axin表达，会抑制能量饥饿引起的AMPK激活和LKB1转移。LKB1 第428位丝氨酸磷酸化是其核质转移所必需。我们发现Axin促进LKB1 Ser428磷酸化。目前关于LKB1转运的调节机制还不明确。我们计划通过免疫荧光，免疫共沉淀，核质分离，流式细胞计数，体外重组等实验，阐明细胞在能量压力下，Axin调节LKB1转运的机制，及其生物学意义。这个工作将有助于深入理解AMPK在能量压力下如何激活。

AMPK是胞内一种重要的能量感应器。除了结合AMP，AMPK激活还需要LKB1对其的磷酸化作用，使得LKB1-AMPK信号通路是细胞感知能量压力最重要的信号通路。在我们探索Axin的生理功能时，我们发现Axin增强LKB1和AMPK的相互作用。敲除AXIN抑制细胞在葡萄糖饥饿刺激下的AMPK激活以及LKB1在次级内体/溶酶体的定位。我们鉴定了一个新的与AXIN相互作用的蛋白LAMTOR1，这个蛋白是一个次级内体/溶酶体的粘附蛋白，对于葡萄糖饥饿刺激的AMPK激活是必须的。LAMTOR1-5共同组成了一个次级内体/溶酶体的五聚体复合物Ragulator，对RAG蛋白具有GEF（鸟苷酸交换因子）活性，因而可以促进mTOR的激活。V-ATPase可以感知细胞高的营养与能量水平，促进Ragulator的GEF活性。在这个研究中，我们发现次级内体/溶酶体的复合体v-ATPase-Ragulator不仅仅对与mTORC1激活至关重要，对于AMPK的激活也是必须的。在葡萄糖饥饿刺激下，v-ATPase-Ragulator复合体更易与AXIN/LKB1结合，促进LKB1次级内体/溶酶体的定位，从而促进AMPK的磷酸化激活。v-ATPase-Ragulator复合体是一个能量压力的初始感应器，可以与AXIN/LKB1-AMPK形成复合体，为LKB1磷酸化激活AMPK提供了一个次级内体/溶酶体锚定点。同时，AXIN结合LAMTOR1，抑制了LAMTOR1所在的复合体Ragulator对于RAG蛋白的GEF活性，使mTOR从次级内体/溶酶体解离被抑制。我们因此揭示了一个重要的分解代谢与合成代谢的转换机制。