Eine der bemerkenswerteren Erkenntnisse des Papiers von Chen et al. (4) ist ihre Demonstration, dass der Mechanismus, durch den Aminosäuren mTORC1 stimulieren, VPS34 (Klasse III PI3K) erfordert, ein Enzym, das an der Endozytose und dem Vesikelrecycling vom Golgi zur Oberfläche beteiligt ist (10). Was könnten Vesikelrecycling und Golgi mit der Aktivierung von mTORC1 auf der Oberfläche des Lysosoms zu tun haben? Eine Reihe neuerer Studien (11, 12) haben den intrazellulären Membranhandel in den Prozess einbezogen, durch den einige Aminosäuren den mTORC1-Signalweg aktivieren (Abbildung 1). Zum Beispiel erfordert die Glutaminaktivierung von mTORC1 keine RAG-GTPasen, während Leucin dies tut (11). Andere fanden heraus, dass mTORC1 in RAG-defizienten Zellen am Golgi lokalisiert ist und diese Lokalisation von ARF abhängig ist, einem ADP-Ribosylierungsfaktor, der für den Vesikelhandel kritisch ist (11). Während die Zugabe von Glutamin zu RAG-defizienten Zellen eine Translokation von mTORC1 zu den Lysosomen verursachte, dauerte die Lokalisierung dort viel länger (11). Frühere Studien haben auch gezeigt, dass mTORC1 sowohl in der Notaufnahme als auch im Trans-Golgi-Netzwerk (TGN) vorhanden ist (13).
Wie werden Proteine auf Lysosomen ausgerichtet? Lysosomale Hydrolasen werden im ER synthetisiert und im Golgi glykosyliert, wo sie einen Mannose-6-phosphat-Liganden (14) erhalten. Wenn lysosomale Hydrolasen das TGN erreichen, binden sie an Mannose-6-Phosphatrezeptoren (M6PRs) und knospen in Clathrin-beschichtete Vesikel ab, ein Prozess, der durch mehrere Adapterproteine vermittelt und durch ARF1 erleichtert wird. Die Vesikel verschmelzen dann mit frühen endosomalen Vesikeln (EEVs) und verschmelzen schließlich mit den Lysosomen, wodurch die lysosomalen Hydrolasen an ihren endgültigen Bestimmungsort gelangen. Wenn Zellen ohne RAG-GTPase mit Brefeldin behandelt wurden, wurde die aminosäureinduzierte Aktivierung von mTORC1 aufgehoben, aber Brefeldin verhinderte die mTORC1-Aktivierung in RAG–GTPase-ausreichenden Zellen nicht (11). Brefeldin hemmt die Aktivierung von ARF1 und verursacht eine Blockade des anterograden Transports vom ER zum Golgi. Daher erfordert die Aktivierung von mTORC1 einen normalen ER-zu-Golgi-Transport. Ferner wurde festgestellt, dass der Knockout von Rab1a, einer kleinen GTPase, die an der Endozytose beteiligt ist, auch zu einer Blockade der mTORC1-Aktivierung durch Aminosäuren führt (12). Während RAB1A bisher nur für seine Kontrolle des ER-zu-Golgi-Transports bekannt war, induzierte es unabhängig von RAG-GTPasen eine Assoziation von mTORC1 mit RHEB und RAPTOR. Ferner störte der Knockdown von RAB1A die mTORC1-Lokalisation im Golgi, jedoch nicht in den Lysosomen. Darüber hinaus hatte der Verlust von RAB1A keinen Einfluss auf die mTORC1-Interaktion mit RAG-GTPasen im Lysosom (13).
Aus diesen neuen Studien ergeben sich zwei Möglichkeiten. Eine Möglichkeit ist, dass mTORC1 nur aktiv sein kann, wenn es sich auf lysosomalen Membranen befindet, aber von anderen intrazellulären Membranen wie dem TGN in inaktiver Form an das Lysosom abgegeben werden kann. Die andere Möglichkeit besteht darin, dass mTORC1 beispielsweise durch Aminosäuren aktiviert werden kann, wenn es sich auf dem Golgi oder anderen Membrankompartimenten befindet. Es ist schwierig, auf der Grundlage der derzeit verfügbaren Daten auf die eine oder andere Weise zu schließen, da mTORC1 im sekretorischen Weg in Verbindung mit vielen seiner bindenden / aktivierenden Proteine vorhanden ist (13). Um zwischen diesen Möglichkeiten zu unterscheiden, wird es notwendig sein, eine sorgfältige kinetische Analyse des Prozesses der mTORC1-Aktivierung zu erhalten. Meines Wissens nur Jewell et al. (11) haben die Kinetik der mTORC1-Aktivierung untersucht. Diese Gruppe hat gezeigt, dass Glutamin in RAG-ausreichenden Zellen bewirkt, dass mTORC1 innerhalb von 50 Minuten nach Zugabe in Lysosomen lokalisiert wird, während mTORC1 in RAG-defizienten Zellen nicht nach 50 Minuten im Lysosom vorhanden ist, sondern 150 Minuten nach der Zugabe von Glutamin. Jewell et al. sie identifizierten weder das Kompartiment, in dem mTORC1 lokalisiert war, bevor es im Lysosom ankam, noch bestimmten sie, ob mTORC1 in diesem Gebietsschema aktiv war. Es wird wichtig sein zu zeigen, dass Glutamin die Lokalisierung des Komplexes im Golgi verursacht, und zu bestimmen, ob es in diesem Gebietsschema aktiv ist. Interessanterweise wurde festgestellt, dass mTORC1 in einer Studie mit Golgin 97 (13) kolokalisiert, einem Protein, von dem bekannt ist, dass es mit M6PR assoziiert ist (15).
Es scheint also, dass der mTORC1-Aktivierungskomplex nach Zugabe von Glutamin auf das TGN geladen wird, möglicherweise in Verbindung mit SLC38A9, das Glutamin (aber nicht Leucin) transportiert (Abbildung 1). Ferner wird diese Region des Golgi durch die V-ATPase angesäuert; Daher wird es wahrscheinlich sowohl an den mTORC1-Komplex als auch an RAPTOR und RHEB binden, von denen letzteres bereits im Golgi bekannt ist (16). Dieser Komplex kann dann durch Vesikel zu den Lysosomen durch die gut beschriebene gemeinsame Autobahn transportiert werden, die der M6PR zu den Lysosomen nimmt. Die Hauptfrage ist, ob mTORC1 aktiv ist, während es auf Golgi-Membranen residiert, oder ob es zum Lysosom transportiert werden muss, um aktiv zu werden. Hier, Chen et al., in einer kritischen Studie, fand heraus, dass die Deletion von Vps34 die Aminosäure–vermittelte Aktivierung von mTORC1 blockierte. Was könnte die spezifische Funktion dieses PI3K der Klasse III im mTORC1-Handel sein? Kürzlich wurde ein hochspezifischer Inhibitor von VPS34 gefunden, der den Handel von Vesikeln vom TGN zum Lysosom blockiert (17). Somit kann spekuliert werden, dass mTORC1 nicht aktiv ist, wenn es sich im Golgi befindet, sondern nur aktiviert werden kann, wenn es das Lysosom erreicht. Wenn dies der Fall ist, ist es wichtig zu bestimmen, welche Komponente des Komplexes von den Lysosomen geliefert wird und für die Aktivierung so notwendig ist.
Die Niere hat ein schönes In-vivo-Modell für die Trennung von RTK von Aminosäurewegen bereitgestellt. Wir können endlich die alten Erkenntnisse der proteinreichen Ernährung mit moderner molekularer Zellbiologie rationalisieren; Beide Prozesse werden jedoch durch mTORC1 vermittelt.
