mTOR上游信号对乳蛋白合成作用机制研究进展

牛乳中的蛋白质是反映牛奶质量的重要指标之一,其含量高低决定了牛奶的营养特性和经济价值。乳蛋白含有人体生长发育的一切必需氨基酸和其他氨基酸,其消化率远比植物蛋白质高,而且牛乳中的酪蛋白具有较强的抗变异能力,能减少癌变。我国奶牛单产差异逐步缩小,但是与世界奶牛养殖发达国家相比,牛奶中蛋白质含量差距仍然较大。因此,提高乳中蛋白质含量成为我国奶业面临的重要挑战。蛋白质的合成与哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路密切相关,特别是激素、氨基酸、能量等因子作为mTOR信号通路的上游信号参与乳蛋白合成,因此文章分别对这三种因子影响mTOR信号通路进而调控蛋白质合成过程进行了详细综述,揭示了这三种因子对牛乳中乳蛋白的影响,以期在细胞领域对奶牛有关蛋白质的合成研究提供一些理论参考。     

乳蛋白合成信号通路的研究进展

作者综述了乳蛋白合成信号通路JAK-STAT和mTOR的组成、在合成乳蛋白中的作用和机理,以及激素等对乳蛋白合成信号通路的刺激调控,对近年来JAK-STAT和mTOR通路的相关研究进展进行了综述,为乳蛋白合成信号通路的整体性把握和深入研究奠定了基础。     

营养素和激素通过哺乳动物雷帕霉素靶标信号通路调控乳蛋白合成

营养物质和内分泌虽能影响奶牛乳蛋白的合成,但至今这种调控作用的分子机制仍未完全阐明。本研究的目的是测定营养物质和激素是否是通过哺乳动物雷帕霉素靶标(mTOR)信号通路调控乳蛋白合成。试验从泌乳奶牛乳腺组织中分离乳腺腺泡,用含有氨基酸(AA)、葡萄糖和乙酸(GA)或催乳激素(HIP)以其混合物的培养基处理腺泡,然后测定乳蛋白合成速率和mTOR信号通路中各元件的磷酸化状态。结果发现,培养基添加AA后可使乳蛋白合成率提高50%,而单独添加GA或HIP不影响乳蛋白合成。HIP可以增强AA调控乳蛋白合成,但GA没有增强AA的这种作用。HIP可诱导蛋白激酶B发生磷酸化,而且当AA或GA存在时,HIP能增强这种磷酸化作用。AA和HIP对乳蛋白合成的促进作用与mTOR的底物磷酸化有关,即与p70核糖体蛋白S6激酶-1和真核起始因子4E(eIF4E)结合蛋白-1(4E-BP1)的磷酸化有关。结果表明,营养物质和激素可能通过mTOR信号通路调控乳蛋白合成。     

氨基酸调节哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合体1信号通路的分子机制

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合体1(mTORC1)信号通路能够感受一系列细胞内外环境因素的变化,如氨基酸浓度、能量水平、生长因子等进而调节细胞生长。氨基酸不仅是合成蛋白质的底物,也可作为信号分子激活mTORC1信号通路,促进蛋白质合成。溶酶体是氨基酸激活mTORC1信号通路过程中一个重要细胞器,mTORC1感应氨基酸的上游信号通路需要溶酶体相关蛋白及胞浆蛋白的参与完成。本文综述了氨基酸调节mTORC1信号通路的分子机制,为营养因子调控蛋白质合成的关键通路提供参考。     

营养素和催乳激素通过哺乳动物雷帕霉素靶点调控乳蛋白的合成

研究结果表明,营养和内分泌系统影响奶牛乳腺内乳蛋白的翻译过程,但其分子机制还不是很清楚。因此,本试验旨在研究营养素和激素通过哺乳动物雷帕霉素(mTOR)信号路径对乳蛋白合成的影响。氨基酸混合物(AA)、能量底物(葡萄糖和醋酸盐)和激素混合物(皮质醇、胰岛素和催乳素)分别或混合添加到培养乳腺腺泡(泌乳奶牛乳腺中分离)的培养媒介中,同时测定乳蛋白合成和mTOR信号路径元件的磷酸化状态。结果表明,AA单独添加时比能量底物或激素混合物单独添加时,乳蛋白的合成提高50%。乳蛋白的合成不受葡萄糖或催乳素的影响。AA能刺激乳蛋白的合成,催乳素同时添加能够进一步增强乳蛋白的合成,但葡萄糖同时添加不能增强这种作用。催乳素能够诱导蛋白激酶B的磷酸化状态,并且AA或葡萄糖同时作为底物时能够增强这种磷酸化状态。AA和催乳素在刺激乳蛋白的合成和进一步提高乳蛋白合成的同时,也提高了mTOR底物(p70核糖体蛋白S6激酶±1、真核起始因子4E(eIF4E)结合蛋白-1(4E-BP1)和4E-BP1的分化异变体)的磷酸化状态。结果暗示营养素和激素可能通过mTOR信号路径调控乳蛋白的合成。     

mTOR信号通路及其抑制剂的研究进展

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR) 是进化上十分保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶,mTOR信号通路异常与肿瘤及神经退行性疾病密切相关,成为相关疾病治疗的靶点。除雷帕霉素及同系物外,姜黄素等抑制mTOR信号通路的中药单体物质不断被发现。作者对mTOR蛋白的结构、功能和mTOR信号通路及其抑制剂进行了综述。     

胰岛素对奶牛乳腺上皮细胞酪蛋白合成调节机理的研究

本文旨在通过在培养液中添加不同浓度胰岛素(INS),研究其对奶牛乳腺上皮细胞中αs1-酪蛋白(CSN1S1)基因、雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路及Janus激酶-信号传导和转录活化因子(JAK-STAT)信号通路相关基因表达的影响。试验选用中国荷斯坦奶牛的乳腺上皮细胞进行体外培养,在无血清无激素的培养基中分别添加0(对照)、2.5、25.0、250.0、5 000.0ng/mL INS,利用实时荧光定量PCR方法检测CSN1S1基因、mTOR和JAK-STAT信号通路中相关基因表达量。结果表明:与0ng/mL组相比,添加不同浓度的INS后均能提高CSN1S1、短型催乳素受体(S-PRLR)及mTOR信号通路中上游蛋白激酶B(PKB)、mTOR和下游真核翻译起始因子4E结合蛋白1(4E-BP1)基因表达量,并且能够增加JAK-STAT信号通路中Janus激酶2(JAK2)和信号转导和转录激活因子5A(STAT5 A)基因表达量,当INS浓度为25.0ng/mL时各正向调节基因表达量最高。此结果提示,添加外源INS能提高奶牛乳腺上皮细胞CSN1S1基因表达量,其作用机理:一是添加INS后能够促进激素受体基因的表达,进而促进转录的启动;二是促进乳蛋白合成的mTOR和JAK-STAT信号通路中各正向调节基因的表达,进而使CSN1S1等乳蛋白合成基因能高水平表达,为进一步通过翻译水平增加乳蛋白的合成奠定了物质基础。     

营养素和催乳激素通过哺乳动物雷帕霉素靶点调控乳蛋白的合成（摘要）

研究结果表明,营养和内分泌系统影响奶牛乳腺内乳蛋白的翻译过程,但其分子机制还不是很清楚。因此,本试验旨在研究营养素和激素通过哺乳动物雷帕霉素（mTOR）信号路径对乳蛋白合成的影响。氨基酸混合物（AA）、能量底物（葡萄糖和醋酸盐）和激素混合物（皮质醇、胰岛素和催乳素）分别或混合添加到培养乳腺腺泡（泌乳奶牛乳腺中分离）的培养媒介中,同时测定乳蛋白合成和mTOR信号路径元件的磷酸化状态。     

亮氨酸对κ-酪蛋白合成的影响及相关信号通路的研究

本研究旨在探讨其他氨基酸缺乏条件下补充亮氨酸对奶牛乳腺上皮细胞κ-酪蛋白基因表达和蛋白合成以及细胞增殖的影响,并从mRNA水平探究mTOR信号通路介导的蛋白质合成的重要性。处理组1在对照组(稀释100倍的培养基)的基础上补充亮氨酸,处理组2在处理组1的基础上添加mTOR信号通路上游抑制剂,分别采用RT-qPCR技术和ELISA法测定基因的相对表达量和蛋白合成量,CCK-8法测定细胞增殖。结果表明:亮氨酸显著促进了κ-酪蛋白基因表达和蛋白合成(P<0.05),而添加抑制剂极显著降低了这种作用(P<0.01);各处理对蛋白质合成信号通路相关基因mTOR、S6K1、4EBP1、eIF4E、eEF2相对表达量均有一定影响;抑制剂能显著抑制细胞增殖(P<0.05)。结果提示,补充亮氨酸能显著促进κ-酪蛋白的合成,这可能与mTOR信号通路介导蛋白质合成有关,此外,mTOR信号通路也可调控奶牛乳腺上皮细胞的增殖。     

mTOR对信号通路调控的研究进展

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路是最近新出现的细胞内重要信号途径,该途径在进化上高度保守,主要通过PI3K/Akt/mTOR信号通路磷酸化激活来调控细胞分裂、促进转录、信号翻译等,从而控制蛋白合成来调节细胞生长。mTOR作为一种重要的调节基因通过调节细胞周期、蛋白质合成、细胞能量代谢等多种途径发挥重要的生理功能,在细胞增殖、生长、分化过程中起着中心调控点的作用。     

氨基酸介导的TOR信号传导通路研究进展

TOR(target of rapamycin)是一种进化上十分保守的丝氨酸(Ser)/苏氨酸(Thr)蛋白激酶,可以感知营养状况、能量、生长因子等信号,进而调节细胞的生长、增殖和凋亡等生理进程.本文综述了TOR的上、下游信号传导通路及各种氨基酸对TOR信号传导通路的影响,为探讨氨基酸调控蛋白质合成的作用机制及建立精确...     

牛乳腺上皮细胞SNAT2对氨基酸调节乳合成的影响

试验旨在研究氨基酸转运体钠离子依赖的中性氨基酸转运蛋白(the sodium-dependent neutral amino acid transporter 2,SNAT2)在牛乳腺上皮细胞(bovine mammary epithelial cell,BMEC)中对氨基酸调节乳合成的影响。利用组织块法成功培养原代BMEC,添加不同氨基酸(蛋氨酸(Met)、赖氨酸(Lys)和亮氨酸(Leu)刺激BMEC后,通过实时荧光定量PCR、Western blotting技术和甘油三酯试剂盒检测SNAT2、酪蛋白(β-casein)基因的表达量和BMEC培养液上清甘油三酯的分泌量;将N-flag-SNAT2真核表达载体及SNAT2siRNA分别转入细胞中进行SNAT2基因的过表达和敲低试验;通过Western blotting和甘油三酯试剂盒分别检测SNAT2、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(the mammalian target of rapamycin,mTOR)、β-casein蛋白表达量和BMEC培养液上清的甘油三酯含量。结果显示,3种氨基酸(Met、Lys、Leu)均能显著促进BMEC分泌乳蛋白和乳脂,并激活mTOR信号途径,其中Met、Lys还能够显著上调SNAT2基因表达;SNAT2能够正向调节BMEC乳蛋白和乳脂肪的合成,并激活mTOR信号通路,说明氨基酸激活mTOR信号通路是通过SNAT2基因介导完成的,进而调节了BMEC乳蛋白和乳脂肪合成。     

氨基酸介导mTOR上游信号通路作用机制的研究进展

氨基酸作为蛋白质营养功能的执行者,其调控细胞功能的作用已经超过其在新陈代谢中的基本作用;而细胞生理功能的调控是通过调整氨基酸转运体基因表达和信号转导途径实现的。虽然氨基酸调控基因表达的研究已经成熟,但人们对真核细胞如何感应氨基酸的营养信号尚未了解透彻。对雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路及氨基酸介导通路上游作用机制的最新研究进展进行综述,为调控蛋白质合成达到最大化提供依据。     

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路调控猪肠上皮细胞精氨酸转运的机制

本研究旨在基于哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路探讨猪肠上皮细胞增殖和精氨酸(Arg)转运的调控机制。在含100或350μmol/L Arg的培养基中添加(10 nmol/L)或不添加(0 nmol/L)雷帕霉素(Rap),培养猪肠上皮细胞(IPEC-J2细胞)3 d后,对细胞活力、细胞周期以及Arg转运、增殖和凋亡相关通路基因和蛋白表达进行检测。结果表明:1)添加Rap极显著降低了G2期和S期细胞数量(P0.01),而提高Arg浓度有效缓解了Rap对细胞增殖的抑制作用;Rap通过激活磷脂酰肌醇-3-羟激酶(PI3K)-蛋白激酶(Akt)-B细胞淋巴瘤2(Bcl2)信号通路抑制细胞凋亡。2)添加Rap抑制mTOR信号通路后极显著提高了Arg摄取率(P0.01),极显著提高了100μmol/L Arg培养下细胞中阳离子氨基酸转运载体2(CAT2)的mRNA和蛋白表达量(P0.01);进一步试验证明蛋白激酶Cα(PKCα)-细胞外信号调节激酶(Erk)/cFos-CAT2信号通路可能是Rap促进CAT2表达,进而提高Arg摄取的重要通路。综上可知,Rap应激下猪肠上皮细胞增殖被抑制,提高Arg浓度能有效缓解Rap对细胞增殖的抑制作用;Rap通过调控PKCα-Erk/cFos-CAT2信号通路促进猪肠上皮细胞对Arg的摄取,且提高Arg浓度可促进细胞对Arg的摄取。结果提示,mTOR信号通路在调控猪肠上皮细胞Arg利用过程中发挥重要作用。     

动物胃肠道氨基酸感应与转运

动物胃肠道中不同类型的内分泌细胞构成了"胃肠道内分泌系统"。饲粮中的蛋白质在动物胃肠道被分解为氨基酸后,能够被内分泌细胞膜上的氨基酸感应受体所识别,介导激素的分泌,调控胃肠道生理活动。位于肠上皮细胞的氨基酸转运载体通过哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1(mTORC1)和一般性调控阻遏蛋白激酶2(GCN2)信号通路调控细胞氨基酸代谢。本文就动物胃肠道内分泌系统、氨基酸感应受体与转运载体以及氨基酸感知信号通路等方面研究进展进行综述。     

氨基酸感知与代谢调控的研究进展

氨基酸不仅是蛋白质和其他含氮化合物合成的重要前体,还参与体内主要代谢途径的调控。当氨基酸不足时,机体内多种机制参与调节体内平衡,包括快速停止蛋白质合成、增加氨基酸合成和转运,以及加强自噬作用。越来越多的学者证明氨基酸可作为信号分子参与细胞内信号传导过程,可以调节其他营养素如脂肪和能量的代谢,最终导致机体整体代谢的改变。本文主要综述细胞内氨基酸的营养感知与应答机制,涉及氨基酸应答(AAR)和雷帕霉素靶蛋白(TOR)2条信号转导通路,并探讨这2条信号通路对下游营养素代谢途径的调节。     

哺乳期磺胺间甲氧嘧啶暴露对仔鼠骨骼肌蛋白质代谢及mTOR信号通路的影响

为了研究哺乳期磺胺间甲氧嘧啶(SMM)暴露对仔鼠骨骼肌蛋白质代谢及mTOR信号通路的影响,以0、10、50、200 mg/(kg·d)剂量对哺乳期ICR小鼠灌胃给药直至出生后21 d;第22天断乳时剖杀部分仔鼠,采集腓肠肌,BCA法测定其腓肠肌总蛋白含量,氨基酸分析仪测定其游离氨基酸水平,RT-PCR法检测其mTOR信号通路关键基因表达水平;另一部分仔鼠以性别分笼喂养至出生后63 d,并每周称重1次。与对照组比较,结果表明仔鼠体重无统计学差异(P0.05);中剂量组仔鼠腓肠肌谷氨酸(Glu),甘氨酸(Gly),丙氨酸(Ala),瓜氨酸(Cit),蛋氨酸(Met),组氨酸(His)和鹅肌肽(Ans)含量显著升高(P0.05);高剂量组的Cit和Ans含量也显著升高(P0.05),而低剂量组的Cit含量显著降低(P0.01);仔鼠腓肠肌Mtor,Pi3k3ca,Pi3k3cb,Akt1,Eif4ebp1和Rps6kb1等基因表达无统计学差异(P0.05);腓肠肌总蛋白含量无统计学差异(P0.05)。哺乳期SMM暴露对仔鼠骨骼肌氨基酸代谢有一定的改变作用;对mTOR信号通路并未产生显著影响,为临床上探讨生命早期SMM暴露是否引起代谢性疾病问题提供了毒理学风险评估依据。     

小G蛋白对mTOR信号通路的调控

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)是一种重要的信号调控分子,通过磷酸化作用调控细胞内mRNA的翻译,参与膜蛋白转运、蛋白质降解、蛋白激酶c信号转导和核糖体合成等。不同家族的小G蛋白,如Rheb、Rag、RalA、Rac1和Rab5,在调控mTOR信号通路中发挥着重要作用。Rheb结合并直接激活mTOR,Rag和Rac1介导mTOR的定位,RalA通过磷脂酸的产生间接激活mTOR,Rab5调控mTORC1的活化和定位。本文将围绕近年来发现的多种小G蛋白家族成员参与调控mTOR信号通路的研究进展进行综述。     

乳腺内氨基酸调控乳蛋白合成的分子作用机制

作为维持哺乳动物生命活动重要的"生物工厂",乳腺利用从流经血液中摄取的氨基酸等营养物质为底物合成乳蛋白。研究证实,氨基酸还可作为一种信号因子,通过乳腺内多种信号级联传导通路,调控乳蛋白基因的转录及翻译过程,从而影响乳腺中乳蛋白的合成。酪氨酸蛋白激酶-信号转导子和转录激活子(JAK-STAT)信号通路和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(m TOR)信号通路是乳蛋白基因转录和翻译过程中的主要调控路径。本文综述了乳腺JAKSTAT和m TOR信号通路的分子机制及氨基酸通过这些通路调控乳蛋白合成的研究进展,旨在进一步阐明氨基酸调控乳蛋白合成的作用机理。