撰文丨亦

哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）是控制細(xì)胞生長、代謝和增殖的核心激酶，其通過組裝成兩個(gè)不同的超大復(fù)合物 mTORC1 和 mTORC2 來行使功能【1-2】。mTORC2 作為 PI3K 和小 GTP 酶 Ras 信號網(wǎng)絡(luò)的中樞節(jié)點(diǎn)，其失調(diào)與癌癥、糖尿病等多種疾病密切相關(guān)【3-5】。盡管 mTOR 在體外對底物具有混雜的磷酸化活性，但在細(xì)胞內(nèi)，mTORC1 和 mTORC2 表現(xiàn)出高度的底物特異性：mTORC2 特異性磷酸化蛋白激酶 Akt 和 PKC，而不磷酸化結(jié)構(gòu)相近的 mTORC1 底物【3,6】。mTORC2 如何從眾多激酶中精準(zhǔn)識別其經(jīng)典底物，是信號轉(zhuǎn)導(dǎo)領(lǐng)域長期未解的核心問題。尤其是在激酶——底物相互作用普遍短暫且微弱的情況下，闡明其結(jié)構(gòu)機(jī)制極具挑戰(zhàn)性【7,8】。

近日，來自布萊根婦女醫(yī)院醫(yī)學(xué)部遺傳學(xué)系的Philip A. Cole團(tuán)隊(duì)、來自斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院結(jié)構(gòu)生物學(xué)系的Kacper B. Rogala團(tuán)隊(duì)和來自俄亥俄州立大學(xué)醫(yī)學(xué)院癌癥生物學(xué)與遺傳學(xué)系的Nam Chu團(tuán)隊(duì)合作，在 Science 上發(fā)表了題為

Structural basis for the recruitment and selective phosphorylation of Akt by mTORC2

首先，研究者突破了關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，證實(shí)了 mTORC2 對 Akt 的直接磷酸化不依賴于局部序列。通過使用化學(xué)半合成技術(shù)獲得均一蛋白，本研究首次明確 mTORC2 可直接磷酸化 Akt 的疏水模體 Ser473 和 turn 模體 Thr450，而非通過 Akt 自磷酸化。更重要的是，磷酸化位點(diǎn) Ser473 兩側(cè)的保守殘基突變對反應(yīng)速率影響甚微，表明 mTORC2 的底物識別不依賴磷酸化位點(diǎn)附近的局部線性序列。為解決 mTORC2 與 Akt 親和力弱、復(fù)合物不穩(wěn)定的難題，作者創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了共價(jià)連接 Akt 與抑制劑 Torin1 的“雙底物類似物”Akt-Torin，成功捕獲了瞬時(shí)的 mTORC2-Akt 復(fù)合物，為后續(xù)高分辨率結(jié)構(gòu)解析奠定了基礎(chǔ)。

其次，冷凍電鏡結(jié)構(gòu)首次揭示了 mTORC2 通過“長程對接”識別底物三維結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵界面。解析獲得的 mTORC2:Akt-Torin 復(fù)合物結(jié)構(gòu)顯示，Akt激酶結(jié)構(gòu)域結(jié)合在遠(yuǎn)離mTOR催化中心約75 ?的位置，形成了“底物拱”。研究發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)決定特異性的遠(yuǎn)端對接界面：界面1 是 Akt N 葉的堿性斑塊與 mTORC2 特有亞基 mSin1 的 CRIM 結(jié)構(gòu)域酸性環(huán)之間的強(qiáng)靜電相互作用；界面2 是 Akt C 葉與 mSin1 N 端“錨定區(qū)”之間的柔性疏水接觸。細(xì)胞與生化實(shí)驗(yàn)證實(shí)，破壞任一界面都會顯著削弱甚至消除 Akt 的磷酸化。有趣的是，Akt 自身磷酸化的 turn 模體 pThr450 也結(jié)合在 N 葉的同一堿性斑塊上，與 mSin1 CRIM 形成動(dòng)態(tài)競爭，這一發(fā)現(xiàn)解釋了 pThr450 對 Akt 的穩(wěn)定作用及其與 mTORC2 識別的精細(xì)調(diào)控關(guān)系。交聯(lián)質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)一步獨(dú)立驗(yàn)證了這些關(guān)鍵相互作用。

再者，膜共定位是 mTORC2 高效磷酸化 Akt 的關(guān)鍵調(diào)控步驟。整合結(jié)構(gòu)模型顯示，mTORC2 和 Akt 各自的 PH 結(jié)構(gòu)域可以并排排列，共同面向質(zhì)膜。體外實(shí)驗(yàn)證明，膜磷脂 PIP3 能通過招募 Akt 將其 PH結(jié)構(gòu)域，在低底物濃度下將 mTORC2 的催化效率提高 2-3 倍。在細(xì)胞中，缺失 PH 結(jié)構(gòu)域的 mSin1 突變體會損害 Akt Ser473 的磷酸化。這些結(jié)果表明，生長因子刺激下，mTORC2 與 Akt 通過各自 PH 結(jié)構(gòu)域共定位于富含 PIP3 的質(zhì)膜，大幅提高了兩者相遇的局部濃度，是實(shí)現(xiàn)高效、特異性磷酸化的重要前提。

最后，該研究確立的“三維結(jié)構(gòu)長程對接”機(jī)制是 mTORC2 識別其 AGC 激酶底物家族的普遍范式。研究人員將機(jī)制拓展至 mTORC2 的其他底物 PKCα 和 PKN1，發(fā)現(xiàn)類似的界面突變同樣會影響它們的磷酸化。這表明，mTORC2 通過識別底物激酶 N 葉保守的堿性表面（界面1）和 C 葉的輔助接觸（界面2），實(shí)現(xiàn)了對多個(gè) AGC 家族激酶的通用性識別。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了僅憑局部序列決定激酶底物特異性的傳統(tǒng)認(rèn)知。

總之，該工作系統(tǒng)性地闡明了 mTORC2 選擇性識別與激活 Akt 的完整分子機(jī)制，從底物直接磷酸化、長程對接結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、膜定位調(diào)控到機(jī)制的普遍適用性。這不僅解決了該領(lǐng)域數(shù)十年的核心謎題，也為未來開發(fā)選擇性 mTORC2 抑制劑（如靶向 mSin1 CRIM 界面）提供了全新的理論框架與精準(zhǔn)靶點(diǎn)。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv7111

制版人： 十一

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