Uno dei risultati più notevoli del documento di Chen et al. (4) è la loro dimostrazione che il meccanismo mediante il quale gli aminoacidi stimolano mTORC1 richiede VPS34 (classe III PI3K), un enzima che è coinvolto in endocitosi e vescicola riciclaggio dal Golgi alla superficie (10). Cosa potrebbe avere a che fare il riciclaggio delle vescicole e il Golgi con l’attivazione di mTORC1 sulla superficie del lisosoma? Una serie di recenti studi (11, 12) hanno implicato il traffico intracellulare di membrane nel processo mediante il quale alcuni aminoacidi attivano la via mTORC1 (Figura 1). Ad esempio, l’attivazione della glutammina di mTORC1 non richiede GTPASI RAG, mentre la leucina lo fa (11). Altri hanno scoperto che nelle cellule carenti di stracci, mTORC1 è localizzato al Golgi e questa localizzazione dipende dall’ARF, un fattore di ribosilazione ADP critico per il traffico di vescicole (11). Inoltre, mentre l’aggiunta di glutammina a cellule carenti di stracci causava la traslocazione di mTORC1 nei lisosomi, ci volle molto più tempo per localizzarsi lì (11). Studi precedenti hanno anche dimostrato che mTORC1 è presente nel pronto soccorso e nella rete trans-Golgi (TGN) (13).
In che modo le proteine vengono mirate ai lisosomi? Le idrolasi lisosomiali sono sintetizzate nell’ER e glicosilate nel Golgi, dove acquisiscono un ligando mannosio-6-fosfato (14). Quando le idrolasi lisosomiali raggiungono il TGN, si legano ai recettori mannosio-6-fosfato (M6PRs) e germogliano in vescicole rivestite di clatrina, un processo mediato da diverse proteine adattatrici e facilitato da ARF1. Le vescicole si fondono poi con le prime vescicole endosomali (EEV) e alla fine si trafficano e si fondono con i lisosomi, consegnando le idrolasi lisosomiali alla loro destinazione finale. Quando le cellule prive di GTPASI RAG sono state trattate con brefeldin, l’attivazione indotta da aminoacidi di mTORC1 è stata abolita, ma brefeldin non ha impedito l’attivazione di mTORC1 in cellule sufficienti a gtpasi RAG (11). Brefeldin inibisce l’attivazione di ARF1, causando il blocco del trasporto anterograde dal pronto soccorso al Golgi. Pertanto, l’attivazione di mTORC1 richiede un normale trasporto da ER a Golgi. Inoltre, è stato riscontrato che il knockout di Rab1a, una piccola GTPasi coinvolta nell’endocitosi, provoca anche il blocco dell’attivazione di mTORC1 da parte degli amminoacidi (12). Mentre RAB1A era precedentemente noto solo per il suo controllo del trasporto ER-Golgi, è stato trovato per indurre l’associazione di mTORC1 con RHEB e RAPTOR, indipendentemente dalle GTPASI RAG. Inoltre, l’abbattimento di RAB1A ha interferito con la localizzazione di mTORC1 nel Golgi ma non nei lisosomi. Inoltre, la perdita di RAB1A non ha influenzato l’interazione mTORC1 con le GTPASI RAG nel lisosoma (13).
Da questi nuovi studi emergono due possibilità. Una possibilità è che mTORC1 può essere attivo solo quando si trova sulle membrane lisosomiali, ma può essere consegnato al lisosoma da altre membrane intracellulari come il TGN in una forma inattiva. L’altra possibilità è che mTORC1 può essere attivato, da aminoacidi per esempio, quando è sul Golgi o altri compartimenti di membrana. È difficile concludere in un modo o nell’altro sulla base dei dati attualmente disponibili, poiché mTORC1 è presente nella via secretoria in associazione con molte delle sue proteine leganti/attivanti (13). Per distinguere tra queste possibilità, sarà necessario ottenere un’attenta analisi cinetica del processo di attivazione mTORC1. Per quanto ne so, solo Jewell et al. (11) hanno studiato la cinetica dell’attivazione mTORC1. Questo gruppo ha dimostrato che nelle cellule RAG-sufficienti, la glutammina fa sì che mTORC1 si localizzi ai lisosomi entro 50 minuti dall’aggiunta, mentre nelle cellule RAG-carenti, mTORC1 non è nel lisosoma a 50 minuti, ma è presente a 150 minuti dopo l’aggiunta di glutammina. Tuttavia, Jewell et al. non hanno identificato il compartimento in cui mTORC1 era localizzato prima che arrivasse nel lisosoma, né hanno determinato se mTORC1 fosse attivo in quel locale. Sarà importante dimostrare che la glutammina causa la localizzazione del complesso al Golgi e determinare se è attiva in quel locale. È interessante notare che mTORC1 in uno studio è stato trovato per colocalizzare con golgin 97 (13), una proteina nota per associarsi con M6PR (15).
Quindi, sembra che il complesso di attivazione mTORC1 venga caricato sul TGN dopo l’aggiunta di glutammina, forse in associazione con SLC38A9, che trasporta la glutammina (ma non la leucina) (Figura 1). Inoltre, questa regione del Golgi è acidificata dalla V-ATPasi; quindi, probabilmente si legherà al complesso mTORC1 così come con RAPTOR e RHEB, l’ultimo dei quali è già noto per esistere nel Golgi (16). Questo complesso può quindi essere trasportato da vescicole ai lisosomi attraverso l’autostrada comune ben descritta presa dal M6PR ai lisosomi. La domanda principale è se mTORC1 è attivo mentre residente sulle membrane di Golgi o ha bisogno di traffico al lisosoma per diventare attivo. Ecco, Chen et al., in uno studio critico, ha trovato che la delezione di Vps34 ha bloccato l’attivazione amminoacido-mediata di mTORC1. Quale potrebbe essere la funzione specifica di questo PI3K di classe III nel traffico mTORC1? Recentemente, un inibitore altamente specifico di VPS34 è stato trovato per bloccare il traffico di vescicole dal TGN al lisosoma (17). Pertanto, si può ipotizzare che mTORC1 non sia attivo quando si trova nel Golgi ma possa essere attivato solo quando raggiunge il lisosoma. Se questo è il caso, sarà importante determinare quale componente del complesso è fornito dai lisosomi ed è così necessario per l’attivazione.
Il rene ha fornito un bel modello in vivo per la separazione di RTK dalle vie aminoacidiche. Possiamo finalmente razionalizzare gli antichi risultati dell’alimentazione dietetica ad alto contenuto proteico con la moderna biologia cellulare molecolare; tuttavia entrambi i processi sono mediati da mTORC1.
