植物中的TOR信号外文翻译资料

植物中的TOR信号

原文作者：Garrett H. Anderson 单位：UIO实验室，PBIO，Salk生物研究所

摘要：植物的发育具有惊人的创造力。 被称为分生组织的全能细胞系在整个植物生命周期中产生所有胚后器官 ，例如叶，根，花。 与大多数多细胞真核生物不同，植物可以根据环境和营养信息大幅改变最终的体内计划。 了解植物如何对其环境做出反应，可能会对植物如何做出决定其最终形式的发展决策有启示。 TOR是一种保守的真核细胞生长调节剂。 最近的研究表明，TOR蛋白激酶在广泛的真核生物的营养响应性生长中起关键作用。 在对酵母和哺乳动物TOR信号传导简要调查之后，将对植物中的TOR信号传导进行调查。

关键词：植物 、TOR信号、雷帕霉素

1. 介绍——植物和TOR

雷帕霉素靶标蛋白（TOR）是几乎在每个真核基因组中编码的高度保守的蛋白质激酶。 所有从基底真核生物贾第鞭毛虫到酵母和多细胞动物（的TOR蛋白都有相同的结构基序。 第一个约1800个残基包括一组〜14个N-末端HEAT重复序列，一个DNA结合结构域，一个核输出信号和一个核输入信号。 最后的600个残基含有雷帕霉素结合结构域，激酶结构域和两个分裂的FAT结构域。 TOR蛋白质显示与Phospatidyl-inositol 3样激酶（PI3K）的序列相似性，但是Ser / Thr蛋白激酶。 HEAT重复序列和FAT结构域介导蛋白质 - 蛋白质相互作用，表明TOR具有与多个结合伴侣相互作用的潜力。

1. TORC1和TORC2-——TOR信号的核心

2.1雷帕霉素和不同TOR活性的遗传证据

在出芽酵母和后生动物中，TOR蛋白控制着细胞的生长。这是通过两种不同的活动来完成的：通过上调核糖体加工率来调节时间生长，以及 通过调节细胞骨架结构的空间生长调节。

抗增殖药物雷帕霉素促进了这些不同功能的鉴定。 雷帕霉素是一种环状大环内酯，由拉帕努伊岛或复活节岛上收集的真菌吸水链霉菌分离 。用雷帕霉素处理酵母细胞在细胞分裂后立即阻断细胞生长。抑制这种效应的突变被映射到三个基因座：映射到FKBP12基因座FKB的空突变和映射到两个不同的TOR基因座Tor1和Tor2的相似区域的错义突变，后来显示它们是雷帕霉素结合位点。 雷帕霉素-FKBP12复合物破坏细胞生长; 在FKBP12突变体中，雷帕霉素结合TOR但对TOR信号传导没有抑制作用。Tor1无效突变体仅显示轻度的雷帕霉素超敏反应，表明TOR1与TOR2功能冗余。 Tor2无效突变体在几轮细胞分裂后显示出致死性; 细胞表现出异常的芽形成，意味着与雷帕霉素处理不同的细胞骨架组织中的缺陷。 Tor1和Tor2双突变体雷帕霉素处理：与雷帕霉素处理的细胞一样，双突变体分裂但不能生长。这项基因研究结果表明，有两种TOR活性：TOR1和TOR2共有雷帕霉素敏感的活性促进细胞生长，和调节TOR2特有的细胞分裂中的细胞骨架组织的雷帕霉素不敏感活性。

2.2 TOR复合体

这两种TOR活性与两种不同的蛋白质复合物(TORC 1和TORC 2)有关。它们各自在哺乳动物细胞中具有姐妹复合体。TORC1由酵母TOR1或TOR2，LST8和KOG1组成；包含mTORC1的哺乳动物同源物是mTOR，Gbeta;1/ mLST8和Raptor。 Raptor / KOG1在TORC1中起作用以通过TOR招集底物用于磷酸化。 雷帕霉素-FKBP12复合物特异性破坏TORC1活性，可能是通过从TOR中去除Raptor。 通过增加Raptor-TOR相互作用的强度，营养胁迫可以降低TORC1活性，从而抑制Raptor通过TOR招募底物进行磷酸化的能力。

TORC2由TOR2，LST8，AVO1，AVO3和一些酵母特异性蛋白组成。 mTORC2中的哺乳动物直向同源物是mTOR，mLST8，hSin1和Rictor。 TORC2调节酵母和哺乳动物中的细胞骨架。

2.3 TOR的上下游

TOR效应器之间几乎没有保守性。 在芽殖酵母中，TORC1通过促进核糖体装配和抑制自噬而触发生长，主要通过介导在Inoki和Guan中审查的转录因子的磷酸化敏感的亚细胞定位。 许多这些转录因子决定了核糖体组分或自噬促进蛋白。 活性TORC1同时触发核转录因子的核积聚，同时抑制自噬促进基因的转录因子的核定位。 在缺乏营养素或雷帕霉素处理时，TORC1失活，核糖体组分转录因子保留在细胞质中，自噬促进转录定位于细胞核。

哺乳动物mTORC1通过非常不同的效应物类似地促进蛋白质合成。 TORC1磷酸化S6K和4E-BP。 S6K（核糖体蛋白rpS6激酶）使核糖体调节组分rpS6磷酸化; S6K活性需要通过TORC1激活磷酸化。 磷酸化的rpS6增加核糖体持续合成能力。 4E-BP（真核起始因子4E结合蛋白）抑制mRNA募集至核糖体。 TORC1磷酸化4E-BP无活性，从而增加mRNA翻译。

TORC2缺陷可以通过过表达AGC激酶Ypk2来抑制，表示该激酶作为主要出芽酵母TORC2效应子。 已知mTORC2磷酸化Ser / Thr激酶Akt / PKB。 Akt也是AGC激酶，但不是酵母Ypk2的哺乳动物同源物。

像TOR效应器一样，TOR上游的调节元件也不是太保守。 mTORC1受氨基酸水平，激素信号和细胞内AMP水平的调节，发育中的酵母TORC1受氨基酸水平和AMP水平的调节，但感觉到的特定氨基酸不同，感应机制尚不清楚。 作为细胞能量水平的量度的AMP浓度由AMPK在酵母和哺乳动物中以及可能在所有真核生物中感知; 然而，将信号从AMPK转移到TORC1的中间体并不守恒。

2.4 摘要

TOR信号的核心主题是有两个TOR活动：

1. 营养和雷帕霉素敏感的蛋白质合成调控在TORC1，和（2）营养和雷帕霉素不敏感调节位于TORC2细胞骨架。 虽然TORC蛋白复合物是众所周知的，并且它们对细胞生长的全面影响非常相似，但是它们的效应物和上游调节物有很多变化。 还应该指出的是，这些TORC中的每个效应器都有待确定。
2. 植物中的TOR信号传递--简介

植物生长速度远远超过多细胞动物的生长，与营养物质传感有着复杂的联系。 在植物中，营养素和压力不仅影响生长速度，而且影响器官产生的数量和发育过渡的时间。 鉴于有关酵母和哺乳动物系统TOR的大量信息，植物研究人员明显的问题就是“这与植物生长调节有多大关系？” 换句话说，“这个祖先的真核生物营养传感机制是如何适应了调节植物分生组织驱动的生长的呢？”

为了解决这个问题，植物生物学家依靠四种工具：生物信息学，雷帕霉素，生物化学和遗传学。 对于本工作的其余部分，我将调查使用这些工具中的每一种来理解植物中的TOR信号的进展。

4.生物信息学作为一种工具

已经发表了几种植物和植物样藻类： 拟南芥，水稻，毛果杨，牛柳链球菌和鞭毛藻和红藻的完整基因组; 蒺藜苜蓿，小立碗藓，卷柏，莱茵衣藻，团藻等等的基因组都很好。记住，基因可以分化而不失去功能，而且一些保守蛋白质在物种间具有非常不同的功能，但是我们可以问在植物基因组中存在哪些TOR信号成分。要做到这一点，只需要用目的蛋白质对拟南芥或其他植物基因组进行敲除，然后通过将其击中编码探针蛋白质的生物体的基因组来对其进行验证;如果最强的敲击是针对最初的探针蛋白质，那么可以有把握地得出结论，敲击确实是同源的。

4.1 TOR复合同系物

已经在拟南芥中鉴定出明确的TOR同系物AtTOR。 TOR同系物在所有具有足够序列信息的植物中很容易识别。

TORC1特异性蛋白Raptor / KOG1在拟南芥，AtRaptor1A和AtRaptor1B（分别被称为Raptor2和Raptor1）中以两个拷贝编码。 AtRaptor位点均编码由RNC结构域组成的蛋白质，三个HEAT重复序列和七个WD-40重复序列，正如所有Raptor蛋白质所共有的。 RNC结构域与蛋白酶结构域显示出一些相似性，但没有显示出具有催化活性。

在任何可用的植物序列中都没有发现TORC2特异性蛋白Rictor / AVO3和hSin1 / AVO1。 事实上，Rictor和hSin1同系物仅在真菌，后生动物，粘液霉和纤毛虫的基因组中发现。

4.2植物TOR的上下游

AMPK是酵母和哺乳动物中保守的TORC1调节因子。 AMPK在拟南芥，At3g01090和其他植物中具有易于识别的同系物（Bhalerao等1999; Sugden等1999; Thelander等2004）。 然而，目前还不清楚这种能量感应途径如何传递给TORC1。

最好的哺乳动物TOR效应器是S6K和4e-BP。 在拟南芥中存在两个清晰的S6K同源物（Turck等人，1998,2004），提高了通过该效应物的TOR信号传导的可能性。 支持这一假设的生化证据将在下面讨论。 4E-BP在拟南芥基因组中未被鉴定。

植物中另一个推定的TOR效应子是减数分裂调节子Mei2。 虽然不存在于出芽酵母或哺乳动物中，但来自酵母酵母的证据表明Mei2与TOR信号紧密相关。

Mei2在低营养条件下触发减数分裂前DNA合成和共轭二倍体受精卵减数分裂。 Mei2结合裂殖酵母Mip1 / Raptor，将其标记为可能的TORC1底物。 Mei2转录在Ste20 / Rictor突变体中被破坏，将其暗示在TORC2信号中。 Mei2活性受磷酸化调节。 植物中有一个小的Mei2样蛋白家族（Anderson et al。2004）。 所有成员与Mei2共享一对弱保守的RRM型N末端RNA识别基序和一个高度保守的C末端RRM。 一个成员，AML1抑制裂殖酵母减数分裂缺陷突变体中过表达的Mei2信号缺陷。

4.3摘要

植物基因组编码TOR和核心TORC1组件，但没有确定TORC2特异性组件。 另外，一些推定的TOR效应器和调节器是保守的。 这些结果强烈争论TORC1在植物中存在TOR信号。

5.雷帕霉素作为工具

没有植物对雷帕霉素敏感，线虫也是雷帕霉素不敏感的。 在与土壤有关的生物体中，雷帕霉素敏感性通常较弱。

在酵母三杂交检测和体外研究中，AtTOR和雷帕霉素与人FKBP12形成复合物，但不与AtFKBP12形成复合物。 这一结果表明，阿糖腺苷对雷帕霉素不敏感是由于AtFKBP12不能与雷帕霉素形成TORC1抑制复合物，而不是AtTOR对雷帕霉素-FKBP12复合物不敏感。

不同于陆地植物，单细胞绿藻衣藻显示出雷帕霉素的敏感性。衣藻FKBP12基因座的破坏抑制了雷帕霉素的敏感性。衣原体FKBP12的灵敏分析表明，该蛋白中的雷帕霉素结合部位与雷帕霉素相比，与人或酵母FKBP12相比产生更少的氢键。 用基因工程改造以增加与雷帕霉素结合的键的数量的FKBP等位基因补充雷帕霉素不敏感的粘附分子，产生比雷帕霉素更敏感的谱系，比野生型细胞更敏感。

1. 生物化学作为工具：TOR和TORC蛋白质相互作用

TOR配对结合的生物化学分析受到以下事实的阻碍：AtTOR仅积累在有限的植物组织中。 这一套包括胚胎，胚乳，枝条和根分生组织，以及最近从分生组织出现的细胞。 这些细胞类型都不能用于生化分析。 AtTOR转录物积累在更广泛的组织中。 TOR转录物积累和蛋白质积累的差异可能是由于TOR mRNA 5非翻译区的小调控ORF。 或者，从拟南芥到水稻保守的TOR特异性微RNA mi34可能调节TOR翻译调控。

为了克服这个障碍，研究人员采用了烟草转染系统来检测TOR复合体蛋白之间的相互作用。 在这个系统中，AtRaptor1B显示与AtTOR N端HEAT重复域相互作用。 这种相互作用与其他系统中的TOR-Raptor相互作用是一致的，并且是迄今为止植物TORC1复合物的唯一直接生物化学证据。

AtS6K1，两个拟南芥核糖体蛋白S6激酶之一，与AtRaptor1B体内转染烟草相互作用。 在此系统中，AtS6K1激酶活性被渗透胁迫抑制。 与AtRaptor1B共转化恢复渗透胁迫下的AtS6K1激酶活性。

AtRaptor1B另一个已知的结合配偶体通过目标酵母双杂交分析鉴定出的是AML1。 如上所述，Mei2p与裂殖酵母Mip1p / Raptor相互作用，表明AML1和Mei2p是保守的TOR底物，并且AML1过表达抑制一些裂殖酵母减数分裂信号缺陷，表明保守的功能。

总之，使用烟草转染系统的工作表明由TOR HEAT重复介导的Raptor-TOR相互作用在植物中是保守的。 这种TOR-Raptor相互作用是营养素和雷帕霉素敏感的复合物TORC1的标志。 已经显示AtS6K1和AML1两种蛋白质与AtRaptor1B相互作用，将它们标记为保守的TOR效应子。

1. 植物TOR信号的遗传分析

7.1正向遗传学

使用单细胞藻衣藻已经取得了一些进展，将FKBP12鉴定为雷帕霉素敏感性的关键位点（参见上文）。 然而，对于雷帕霉素不敏感的衣藻突变体的筛选可能会揭示CrTOR的雷帕霉素抗性基因，其中一些可能揭示该模型中的TOR活性。

7.2反向遗传学

在没有良好的遗传筛选的情况下，研究人员依靠AtTOR的反向遗传学，AtTOR已知的结合配偶体AtRaptor1B和预先确定的结合配偶体AtRaptor1A，以及推定的下游效应子和上游调节子。这项工作是插入突变，插入末端映射的拟南芥和其他地方，并使用同源重组插入基因靶向，是在小立碗藓属的一种有前途的技术。

7.2.1AcTOR中

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

英语原文共 17 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[281747]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word