亮氨酸激活大菱鮃TOR信號通路的分子機制研究

《亮氨酸激活大菱鮃TOR信號通路的分子機制研究》是依託中國海洋大學，由許丹丹擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：亮氨酸激活大菱鮃TOR信號通路的分子機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：許丹丹
• 依託單位：中國海洋大學

中文摘要

雷帕黴素靶（TOR）信號通路是細胞合成代謝和生長最重要的調節中樞。申請人前期使用大菱鮃肌肉細胞研究發現，亮氨酸能夠激活TOR信號通路；且亮氨酸的代謝物α-酮基異丁酸（α-KIC）和β-羥基-β-丁酸甲酯（HMB）也有類似功能。然而，亮氨酸及其代謝物激活大菱鮃TOR信號通路的分子機制均未知。本項目以大菱鮃為研究對象，通過攝食生長實驗，研究亮氨酸及其代謝物激活TOR通路的潛在分子機制及差異，探討了對TOR通路上游亮氨酸感知途徑（亮氨酸轉運載體和識別蛋白）及下游營養代謝途徑關鍵分子表達的影響。使用大菱鮃肌肉細胞模型，結合基因沉默、過表達等分子生物學技術，進一步研究亮氨酸轉運載體LAT1和識別蛋白Sestrin2對TOR信號通路的調節機制，以闡明亮氨酸感知途徑是亮氨酸激活TOR通路的必需分子途徑。該項目的實施對指導魚類蛋白質代謝研究具有重要意義，也可為魚類功能性飼料添加劑的開發提供理論依據。

結題摘要

無論魚類還是哺乳動物，骨骼肌占身體的比重超過40%，肌肉的生成對動物的生長起決定作用。特別是魚類，尤其肉食性魚類的顯著營養學特點是需要高達40%-60%的飼料蛋白質。因此蛋白質的利用對魚類的生長和健康極其重要。研究表明，單一亮氨酸（Leu）與完全胺基酸混合物比，可同種程度的促進肌肉蛋白質合成，可見其重要的調節作用，而該機制在魚類研究中卻幾乎空白，僅停留在對魚類表觀性狀和飼料利用效率的探討。 本項目選取具有重要經濟價值的海水養殖肉食性魚類大菱鮃為研究對象，採用攝食生長實驗研究了Leu及其代謝物α-酮異己酸鈉（α-KIC）或β-羥基-β-丁酸甲酯鈣（HMB）對大菱鮃生長性能、肌肉支鏈胺基酸含量，腸道功能、亮氨酸感知和應答的影響；研究中發現，與大鼠一致，魚類肌肉中Leu感知蛋白Sestrin1的表達量極顯著的高於Sestrin2和Sestrin3，因此為了研究便利，實驗以大鼠模型，研究了Sestrins家族蛋白（Sesrin1、2和3）在肌肉以及其它組織的表達差異，並深入探究肌肉中Leu激活mTORC1信號通路的作用機制。 結果表明，與基礎對照組比，飼料中添加Leu或其代謝物均可顯著提高魚類生長性能；Leu或HMB可顯著提高腸絨毛高度，且降低腸道Notch基因表達量，推測可減少上皮細胞分化，更多的促進增值，改善腸道功能；大菱鮃肌肉游離支鏈胺基酸（BCAA）含量受飼料Leu調節，不受Leu代謝物影響，而肌肉中結合型BCAA不受二者影響；Leu或HMB可顯著降低肌肉中Leu感知蛋白Sestrin1表達量，對Sestrin2表達量影響不顯著，顯著抑制GCN2和4E-BP1的表達量，從而促進Leu感知，降低合成代謝的抑制作用；以大鼠為模型研究體內Leu感知機制，首次發現肌肉中Sestrin1為最重要的Leu感知蛋白，Leu對mTORC1的激活主要通過促進Sestrin1與GATOR2的解離來實現。 對Leu激活mTORC1 通路的機制的研究，對於指導魚類蛋白質代謝機理研究有重要的理論價值，有助於更好的通過營養學途徑調控魚類蛋白質合成代謝和生長性能；對於Leu代謝物分子機制的研究，能夠為環境友好的功能性飼料添加劑的研發提供理論依據。