Nutrient-sensing mechanisms across evolution

doi:10.1016/j.cell.2015.02.041

审查

.2015年3月26日；161(1):67-83.

doi:10.1016/j.cell.2015.02.041。

跨越进化的营养感知机制

Lynne Chantranupong¹, 瑞秋·L·沃尔夫森¹, 大卫·M·萨巴蒂尼²

附属公司

¹怀特海生物医学研究所和麻省理工学院生物系，剑桥中心9号，马萨诸塞州剑桥，邮编02142，美国；霍华德·休斯医学院，麻省理工学院生物系，剑桥，马萨诸塞州02139，美国；科赫综合癌症研究所，美国马萨诸塞州剑桥市马萨诸塞大道77号，邮编02139。
²怀特黑德生物医学研究所和麻省理工学院生物系，9剑桥中心，美国马萨诸塞州剑桥02142；霍华德·休斯医学院，麻省理工学院生物系，剑桥，马萨诸塞州02139，美国；科赫综合癌症研究所，美国马萨诸塞州剑桥市马萨诸塞大道77号，邮编02139。电子地址：sabatini@wi.mit.edu。

PMID： 25815986
PMCID公司：项目经理4384161
内政部： 2016年10月10日/j.cell.2015.02.041

审查

跨越进化的营养感知机制

Lynne Chantranupong等。单元格. 2015.

.2015年3月26日；161(1):67-83.

doi:10.1016/j.cell.2015.02.041。

作者

Lynne Chantranupong女士¹, 雷切尔·L·沃尔夫森¹, 大卫·M·萨巴蒂尼²

附属公司

¹怀特黑德生物医学研究所和麻省理工学院生物系，9剑桥中心，美国马萨诸塞州剑桥02142；霍华德·休斯医学院，麻省理工学院生物系，剑桥，马萨诸塞州02139，美国；科赫综合癌症研究所，美国马萨诸塞州剑桥市马萨诸塞大道77号，邮编02139。
²怀特黑德生物医学研究所和麻省理工学院生物系，9剑桥中心，美国马萨诸塞州剑桥02142；霍华德·休斯医学院，麻省理工学院生物系，剑桥，马萨诸塞州02139，美国；科赫综合癌症研究所，美国马萨诸塞州剑桥市马萨诸塞大道77号，邮编02139。电子地址：sabatini@wi.mit.edu。

PMID： 25815986
PMCID公司：项目经理4384161
内政部： 2016年10月10日/j.cell.2015.02.041

摘要

为了使生物体的生长和发育与营养物质的供应相协调，它们必须能够感知环境中的营养物质水平。在这里，我们回顾了一些不同生物体中的营养敏感机制。我们讨论了这些机制如何反映特定物种的营养需求，以及它们如何适应真核生物多细胞性的出现。

PubMed免责声明

数字

**图1。整个进化过程中的营养感应路径**
本综述中描述的营养感应途径概述。单细胞生物特有的通路被表示出来，然后是从酵母到人类的保守传感通路。黑条表示该通路在所指物种或生物体中的存在。

**图2。在单细胞生物中选择传感路径**
A.趋化作用*大肠杆菌*：在缺乏营养的情况下，化学受体激活与CheW相关的CheA激酶。CheA反过来磷酸化并激活两个关键效应子：CheY，它促进鞭毛运动的顺时针旋转和随机翻滚运动，以及CheB，一种参与适应过程的去甲基化酶，它对抗组成型甲基化酶CheR。相反，营养物质的存在抑制了这一途径，转子默认逆时针旋转，从而产生平稳运行。α-proteobacteria中的B.PII蛋白：这个严格调控的蛋白家族用于控制谷氨酰胺合成酶（GS）的腺苷酸化状态和活性。当氮缺乏时，氮同化反应的前体2-OG积累、结合并抑制未修饰的PII蛋白GlnB，该蛋白无法刺激ATase的腺苷酸化反应。未修饰和活性形式的GS积累。当氮充足时，谷氨酰胺水平较高，该分子结合并抑制UTase，UTase允许未修饰形式的GlnB积累并通过激活ATase对GS的腺苷酸化促进GS抑制。C.SPS途径*酿酒酵母*：细胞外氨基酸直接与Ssy1结合，Ssy1是一种与氨基酸渗透酶同源但缺乏转运活性的受体，激活SPS（Ssy1-Ptr3-Ssy5）途径。氨基酸与Ssy1结合，刺激Ssy5的构象变化，导致磷酸化和随后泛素介导的抑制原结构域降解。Ptr3充当适配器来调解此进程。Ssy5催化结构域的释放允许其裂解潜在的转录因子Stp1和Stp2，这些转录因子转移到细胞核以激活参与氨基酸运输和代谢的基因的转录。（图改编自Conrad等人，2014）。

**图3。TOR途径的营养感应**
A.在缺乏氨基酸和生长因子的情况下，mTORC1是不活跃的。这由两条独立的信号通路控制。首先，在缺乏氨基酸的情况下，GATOR1对RagA是一个活跃的GAP，导致其与GDP挂钩。在这种状态下，mTORC1不定位于溶酶体表面。其次，在缺乏胰岛素或生长因子的情况下，TSC对Rheb是一个积极的GAP，并刺激其受GDP约束。B.在氨基酸和生长因子存在的情况下，mTORC1是活性的。溶酶体内的氨基酸通过SLC38A9发出信号，激活氨基酸传感分支。Ragulator处于活动状态，导致RagA被GTP绑定。这种结合状态因GATOR1在氨基酸存在下不活跃而得到加强，因为GATOR2抑制它。这种核苷酸构象状态下的Rag异二聚体将mTORC1招募到溶酶体表面。此外，胰岛素或生长因子的存在激活了抑制TSC的途径，使Rheb GTP结合。在这种状态下，Rheb在转移到溶酶体表面时激活mTORC1。

**图4。随着多细胞性和分区的出现，营养传感的发展**
A.原核生物有两个可能含有氨基酸的隔室：细胞外间隙和胞浆。氨基酸转运体如化学受体Tsr和Tar可以感应细胞外氨基酸。包括PII蛋白在内的多种传感器可以检测细胞内氨基酸。与原核生物类似，酵母通过质膜转运蛋白（如Ssy1）感知细胞外氨基酸。此外，它们通过GCN2等传感器检测细胞溶质氨基酸的可用性。然而，与原核生物不同，真核生物具有液泡等细胞器，液泡是一个额外的可能含有氨基酸的隔室。虽然尚未确定酵母是否能直接感应液泡内的氨基酸水平，但它们确实含有细胞器，可作为营养物质的备用储存库，因此是另一个可能发生感应的隔间。在哺乳动物细胞中，有三个不同的隔间，其中可能发生感应，类似于酵母。首先，细胞外营养素是通过转运体来感知的，本综述中没有详细讨论。此外，细胞溶质氨基酸由GCN2途径感应。最后，储存在溶酶体中的氨基酸被mTORC1通路感应。

请参阅PMC中的此图像和版权信息

类似文章

双组分信号转导系统的进化和系统分布。
Wuichet K、Cantwell BJ、Zhulin IB。 Wuichet K等人。当前操作微生物。2010年4月；13(2):219-25. doi:10.1016/j.mib.2009.12.011。Epub 2010年2月3日。当前操作微生物。2010 PMID：20133179 免费PMC文章。审查。
吲哚：一种进化上保守的跨王国行为影响者。
Tomberlin JK、Crippen TL、Wu G、Griffin AS、Wood TK、Kilner RM。 Tomberlin JK等人。生物论文。2017年2月；39(2). doi:10.1002/bies.201600203。Epub 2016年12月23日。生物论文。2017 PMID：28009057 审查。
细菌和真核生物中单蛋白代谢模块家族一氧化氮解毒黄酮血红蛋白的动态进化。
Wisecaver JH、Alexander WG、King SB、Hittinger CT、Rokas A。 Wisecaver JH等人。分子生物学进化。2016年8月；33(8):1979-87. doi:10.1093/molbev/msw073。Epub 2016年4月12日。分子生物学进化。2016 PMID：27189567
真核生物界的氧感应机制及其在复杂多细胞性中的作用。
Hammarlund EU、Flashman E、Mohlin S、Licausi F。 Hammarlund EU等人。科学。2020年10月23日；370（6515）：eaba3512。doi:10.1126/science.aba3512。科学。2020 PMID：33093080 审查。
细菌对动物起源的影响。
Alegado RA，King N。 Alegado RA等人。冷泉Harb Perspect生物。2014年10月3日；6（11）：a016162。doi:10.1101/cshperspect.a016162。冷泉Harb Perspect生物。2014 PMID：25280764 免费PMC文章。审查。

查看所有类似文章

引用人

芳香族氨基酸抑制核-细胞质蛋白酶体易位或沉默Sestrin3-它们的传感介质是抑癌的。
Livneh I、Fabre B、Goldhirsh G、Lulu C、Zinger A、Shammai Vainer Y、Kaduri M、Dahan A、Ziv T、Schroeder A、Ben Neriah Y、Zohar Y、Cohen Kaplan V、Ciechanover A。 Livneh I等人。细胞死亡不同。2024年9月12日。doi:10.1038/s41418-024-01370-x。打印前在线。细胞死亡不同。2024 PMID：39266717
翻译型T盒核糖开关通过调节构象灵活性结合tRNA。
Campos-Chavez E、Paul S、Zhou Z、Alonso D、Verma AR、Fei J、Mondragon A。 Campos-Chavez E等人。国家公社。2024年8月3日；15(1):6592. doi:10.1038/s41467-024-50885-x。国家公社。2024 PMID：39097611 免费PMC文章。
MetalinksDB：一种灵活的、情境化的代谢蛋白相互作用资源。
Farr E、Dimitrov D、Schmidt C、Turei D、Lobentanzer S、Dugord A、Saez-Rodriguez J。 Farr E等人。简要生物信息。2024年5月23日；25（4）：bbae347。doi:10.1093/bib/bbae347。简要生物信息。2024 PMID：39038934 免费PMC文章。
母鼠饮食中的蛋白质水平通过mTORC1信号调节后代的面部外观。
谢M、凯撒M、格什坦Y、施奈德D、德瓦蒂亚罗夫R、加齐佐娃G、沙吉马尔达诺娃E、齐克蒙德T、科尔霍夫斯G、伊瓦什金E、巴特科夫斯基D、牛顿PT、安德森O、弗里德K、古塞夫O、泽伯格H、凯撒J、阿达梅耶科I、查金AS。谢敏等。国家公社。2024年3月26日；15(1):2367. doi:10.1038/s41467-024-46030-3。国家公社。2024 PMID：38531868 免费PMC文章。
抑制AMPK激活细粒棘球绦虫狭义限制了寄生虫的葡萄糖代谢和生存。
闫M，刘H，苏Y，毕X，杨N，林R，吕G。 Yan M等人。抗菌剂化学疗法。2024年3月6日；68（3）：e0120223。doi:10.1128/aac.01202-23。Epub 2024年2月13日。抗菌剂化学疗法。2024 PMID：38349157 免费PMC文章。

查看所有“被引用”文章

工具书类

1. Abastado JP、Miller PF、Jackson BM、Hinnebusch AG。氨基酸保护细胞上游开放阅读框处核糖体再活化的抑制是GCN4翻译控制的基础。分子和细胞生物学。1991;11:486–496.-项目管理咨询公司-公共医学
1. Abdel Sater F，El Bakkoury M，Urrestarazu A，Vissers S，Andre B.酵母中的氨基酸信号传导：酪蛋白激酶I和Ssy5内蛋白酶是膜结合Stp1转录因子内蛋白水解激活的关键决定因素。2004;24:9771–9785.-项目管理咨询公司-公共医学
1. Abdel-Sater F，Jean C，Merhi A，Vissers S，Andre B.酵母中的氨基酸信号：Ssy5蛋白酶的激活与其磷酸化诱导的泛素化相关。2011;286:12006–12015.-项目管理咨询公司-公共医学
1. Adler SP，Purich D，Stadtman ER。大肠杆菌谷氨酰胺合成酶的级联控制。PII调节蛋白和尿苷酰转移酶-尿苷酰清除酶1975的性质-公共医学
1. Alderson A、Sabelli PA、Dickinson JR、Cole D、Richardson M、Kreis M、Shewry PR、Halford NG。利用植物蛋白激酶cDNA对snf1（一种影响酵母碳代谢全球调控的突变）进行补充。美国国家科学院院刊。1991;88:8602–8605.-项目管理咨询公司-公共医学

出版物类型

行动
行动
行动
行动

赠款和资金

LinkOut-更多资源

全文源
其他文献来源
- scite智能引文

[1] Abastado JP、Miller PF、Jackson BM、Hinnebusch AG。氨基酸保护细胞上游开放阅读框处核糖体再活化的抑制是GCN4翻译控制的基础。分子和细胞生物学。1991;11:486–496.-项目管理咨询公司-公共医学

[2] Abastado JP、Miller PF、Jackson BM、Hinnebusch AG。氨基酸保护细胞上游开放阅读框处核糖体再活化的抑制是GCN4翻译控制的基础。分子和细胞生物学。1991;11:486–496.-项目管理咨询公司-公共医学

[3] Abdel Sater F，El Bakkoury M，Urrestarazu A，Vissers S，Andre B.酵母中的氨基酸信号传导：酪蛋白激酶I和Ssy5内蛋白酶是膜结合Stp1转录因子内蛋白水解激活的关键决定因素。2004;24:9771–9785.-项目管理咨询公司-公共医学

[4] Abdel Sater F，El Bakkoury M，Urrestarazu A，Vissers S，Andre B.酵母中的氨基酸信号传导：酪蛋白激酶I和Ssy5内蛋白酶是膜结合Stp1转录因子内蛋白水解激活的关键决定因素。2004;24:9771–9785.-项目管理咨询公司-公共医学

[5] Abdel-Sater F，Jean C，Merhi A，Vissers S，Andre B.酵母中的氨基酸信号：Ssy5蛋白酶的激活与其磷酸化诱导的泛素化相关。2011;286:12006–12015.-项目管理咨询公司-公共医学

[6] Abdel-Sater F，Jean C，Merhi A，Vissers S，Andre B.酵母中的氨基酸信号：Ssy5蛋白酶的激活与其磷酸化诱导的泛素化相关。2011;286:12006–12015.-项目管理咨询公司-公共医学

[7] Adler SP，Purich D，Stadtman ER。大肠杆菌谷氨酰胺合成酶的级联控制。PII调节蛋白和尿苷酰转移酶-尿苷酰清除酶1975的性质-公共医学

[8] Adler SP，Purich D，Stadtman ER。大肠杆菌谷氨酰胺合成酶的级联控制。PII调节蛋白和尿苷酰转移酶-尿苷酰清除酶1975的性质-公共医学

[9] Alderson A、Sabelli PA、Dickinson JR、Cole D、Richardson M、Kreis M、Shewry PR、Halford NG。利用植物蛋白激酶cDNA对snf1（一种影响酵母碳代谢全球调控的突变）进行补充。美国国家科学院院刊。1991;88:8602–8605.-项目管理咨询公司-公共医学

[10] Alderson A、Sabelli PA、Dickinson JR、Cole D、Richardson M、Kreis M、Shewry PR、Halford NG。利用植物蛋白激酶cDNA对snf1（一种影响酵母碳代谢全球调控的突变）进行补充。美国国家科学院院刊。1991;88:8602–8605.-项目管理咨询公司-公共医学

将引文保存到文件

电子邮件引文

添加到集合

添加到我的书目

您保存的搜索

为外部引文管理软件创建文件

您的RSS源

跨越进化的营养感知机制

附属公司

跨越进化的营养感知机制

作者

附属公司

摘要

数字

类似文章

引用人

工具书类

出版物类型

MeSH术语

赠款和资金

LinkOut-更多资源

全文源

其他文献来源

摘要

数字

类似文章

引用人

工具书类

出版物类型

MeSH术语

相关信息

赠款和资金

LinkOut-更多资源

全文源

其他文献来源