SQSTM1b介导mTORC1的激活在肿瘤发生发展中的作用及机制研究

Mechanistic target of rapamycin complex 1 (mTORC1) is an essential signaling pathway that integrates several environmental stimuli to regulate tumor, aging and diabetes, its activation is mainly regulated by lysosomal small G protein Rags and Rheb. Previous studies were mainly focus on the regulatory effect on the activation of Rags and Rheb. However, the mechanism of Rags and Rheb synergistic regulates mTORC1 was still unclear. Our preliminary results suggest that SQSTM1 was a crucial scaffold protein that can promote the interaction between Rags and Rheb. There are two variants of SQSTM1 in cells, SQSTM1a and SQSTM1b. SQSTM1b showed stronger promotion effect on the interation between RagC and Rheb than SQSTM1a. More interestingly, we found that Rheb is modified by ubiquitination, which plays a dominant role in the progress of colon cancer. Based on these results, we proposed that ubiquitination and SQSTM1 may synergistically regulate the interaction of RagC and Rheb and result in the activation of mTORC1. In the future, we will figure out the underlying mechanism of the ubiquitination regulating the interaction between RagC and Rheb, and investigate the role of ubiquitination and SQSTM1b in mTORC1 activation, cell proliferation and tumorigenesis.

mTORC1通路作为细胞代谢的重要枢纽，在肿瘤、衰老及糖尿病等疾病中发挥着重要作用，其活性主要受溶酶体上两类关键小G蛋白Rags和Rheb的调控。以往对mTORC1通路的研究主要集中在Rags和Rheb的活性调控上，而Rags与Rheb协同调控mTORC1的机制尚未阐明。近期申请人发现细胞内Rheb能与RagC结合，而自噬接头蛋白SQSTM1在这个过程中发挥着重要的作用。更重要的是，SQSTM1的剪切体SQSTM1b能够更强的促进Rheb与RagC结合。同时，申请人还发现Rheb泛素化修饰在结肠癌发生发展过程中发挥重要的作用。基于此，我们提出泛素化修饰与SQSTM1b协同介导Rheb与Rags的结合是mTORC1活化的重要机制。本项目将进一步研究Rheb的泛素化修饰在该过程中的作用，揭示mTORC1的调控机制，阐述泛素化修饰与SQSTM1b的协同作用在细胞增殖及肿瘤发生发展过程中的重要性。

mTOR（Mechanistic target of rapamycin）是真核生物体内广泛存在的一类蛋白激酶，生理或遗传因素引起的mTORC1的异常会导致代谢紊乱，最终使得肿瘤、糖尿病等疾病的发生。大量的研究表明生长因子、葡萄糖以及氨基酸等都可有效激活mTORC1。若要激活mTORC1，需要完成两个步骤：首先一个是小G蛋白将mTOR招募到溶酶体表面，其次是mTORC1激酶活性的激活。mTOR的溶酶体定位是mTORC1活化的必要条件，主要由Rags异源二聚体介导。溶酶体定位的mTORC1还需要Rheb的作用才能被完全激活。目前研究发现Rheb的GAP是TSC复合物，发现其能通过法尼基修饰定位在溶酶体膜上；PRAK能够促进Rheb的磷酸化修饰，进而调控Rheb的活性。在本项目中，候选人发现：生长因子（EGF）信号能够通过E3泛素连接酶RNF152和去泛素化酶USP4调控Rheb的泛素化修饰。泛素化修饰作为一种重要的翻译后修饰，它能够抑制Rheb的活性，进而抑制mTORC1通路的活性，并对mTORC1通路所介导的细胞功能进行调控，这其中包括：细胞自噬，细胞增殖和细胞大小。在肿瘤方面，Rheb的泛素化修饰能够调控肿瘤的发生发展。更重要的是，研究人员还发现USP4的抑制剂Vialinin A也能够有效的抑制Rheb的活性，负调控mTORC1通路，进而抑制肿瘤的生长。总之，研究人员的研究结果揭示了Rheb的泛素化和去泛素化的精细调节过程在mTORC1激活过程中的作用，也解析了Rheb的泛素化和去泛素化在肿瘤发生发展中的作用，这可能为肿瘤的防治提供一定的理论依据。