华中科技大学附属协和医院麻醉科王磊博士以共同第一作者在Science（IF=63.798）上发表题为”Lysosomal GPCR-like protein LYCHOS signals cholesterol sufficiency to mTORC1”的原创性研究论文，发现并证明了一个新的胆固醇代谢调节信号通路蛋白LYCHOS及相应的调控机制。该项研究为王磊博士在Washington University in St. Louis麻醉学系跟随Dr. Evers进行博士后学习期间完成。

众所周知，胆固醇是细胞膜的基本组成部分，也作为配体或羟甾醇和类固醇激素的前体参与调节胚胎发育和许多生理过程。胆固醇的浓度和活性异常与肥胖、动脉粥样硬化、不育症和癌症等病理状况有关，因此对其在体内浓度的准确感知和代谢至关重要。在包括癌细胞在内的活跃增殖细胞中，PI3K-AKT- mTORC1通路可被激活，从而合成和摄取胆固醇，以满足机体对胆固醇本身及促进生长的胆固醇中间体的需求。然而，目前尚不清楚胆固醇对该通路调节的细胞内定位以及胆固醇丰度如何与生长调节信号相互作用。

该项研究将目光聚焦于通过感知包括胆固醇在内的必需营养素来协调细胞的代谢和生长的溶酶体（lysosome）上。基于免疫分离和最新的溶酶体蛋白质组学分析，结合强大的生物信息学分析，通过LC-MS/MS质谱分析等蛋白质组学技术确定并证实了溶酶体膜蛋白LYCHOS (lysosomal cholesterol sensing protein)参与胆固醇浓度感知，并耦合胆固醇与mTORC1依赖的合成代谢。

该研究的一大难点在于证实胆固醇如何直接作用于LYCHOS，并引起蛋白构象和后续调控机制变化。王磊博士利用人工合成的胆固醇光亲和标记类似物（photoaffinity labelinganalogue）LKM38对LYCHOS进行标记，结合蛋白组学和Middle-Down高分辨率质谱分析技术，不仅证实胆固醇可直接结合LYCHOS，并将胆固醇结合位点精确定位于LYCHOS跨膜域1（transmembrane, TM1）。进一步根据蛋白构象分子对接模拟提出可能的与胆固醇作用的氨基酸位点，通过点突变分析，该结合位点被证实为胆固醇特异性位点，胆固醇对该位点的结合将改变蛋白构象并引起下游调控机制的变化。

在LYCHOS依赖性胆固醇-mTORC1信号调控机制里，低胆固醇条件下，稳定的GATOR1-KICSTOR复合物促进GATOR1依赖的RagA/B GTP水解，从而维持mTORC1在细胞质中的非活性。在高胆固醇时，LYCHOS中LED结构域构象的变化促进LYCHOS与GATOR1相互作用，同时取代KICSTOR，从而有利于RagA/BGTP负载状态，导致溶酶体募集和mTORC1的激活。从而证实了在不同的营养状态下人体内胆固醇代谢的调控机制，譬如，进食状态下较高的LYCHOS水平可能促进胆固醇依赖的mTORC1信号。反之，在饥饿期间，LYCHOS表达降低的同时NPC1表达增加可能有助于关闭胆固醇-mTORC1信号，从而有利于细胞资源的保存。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abg6621?url_ver=Z39.88-2003&rfr_id=ori:rid:crossref.org&rfr_dat=cr_pub%20%200pubmed