حسگری مواد مغذی و مسیرهای پیام‌رسانی mTOR/AMPK

حسگری مواد مغذی مجموعه‌ای از مکانیسم‌های مولکولی است که سلول‌ها از طریق آن‌ها در دسترس بودن مواد مغذی و انرژی را تشخیص داده و متابولیسم خود را بر اساس آن تنظیم می‌کنند. دو مرکز اصلی در این زمینه عبارتند از mTOR که با فراوانی مواد مغذی و فاکتورهای رشد فعال می‌شود تا متابولیسم آنابولیک و رشدگرا را تقویت کند، و AMPK که با کمبود انرژی فعال می‌شود تا با روشن کردن کاتابولیسم، تعادل انرژی را بازیابی کند. این دو با هم نحوه پاسخ سلول‌ها به تغذیه و روزه‌داری را هماهنگ می‌کنند.

Definition

حسگری مواد مغذی شامل مکانیسم‌های پیام‌رسانی است که اسیدهای آمینه، گلوکز، لیپیدها و بار انرژی سلولی را تشخیص داده و آن‌ها را به تصمیمات متابولیکی ترجمه می‌کنند. mTOR (هدف مکانیکی راپامایسین) یک کیناز است که با کفایت مواد مغذی فعال می‌شود و فرآیندهای آنابولیک را هدایت می‌کند، در حالی که AMPK (پروتئین کیناز فعال شده با AMP) با افزایش AMP/ADP تحت استرس انرژی فعال می‌شود و مسیرهای کاتابولیک و تولیدکننده انرژی را تقویت می‌کند.

Scope

این موضوع مسیرهای اصلی حسگری مواد مغذی و انرژی — به ویژه mTOR و AMPK — ورودی‌های آن‌ها و برنامه‌های متابولیکی که کنترل می‌کنند را پوشش می‌دهد. این یک مرجع و توضیح آموزشی از بیوشیمی پیام‌رسانی در تعادل انرژی است، نه راهنمایی بالینی یا دارویی.

Core questions

• سلول‌ها کدام مواد مغذی و سیگنال‌های انرژی را حس می‌کنند و از طریق کدام حسگرها؟
• mTOR چگونه فراوانی مواد مغذی را به متابولیسم آنابولیک و رشد مرتبط می‌کند؟
• AMPK چگونه کمبود انرژی را تشخیص داده و تعادل انرژی را بازیابی می‌کند؟
• این مسیرها چگونه برای هماهنگی پاسخ‌های تغذیه و روزه‌داری با یکدیگر تعامل دارند؟

Key concepts

• حسگری مواد مغذی و انرژی
• کمپلکس 1 mTOR و پیام‌رسانی اسید آمینه
• AMPK و نسبت AMP/ATP
• برنامه‌های متابولیکی آنابولیک در مقابل کاتابولیک
• تنظیم اتوفاژی
• هماهنگی متقابل mTOR و AMPK
• تغییر متابولیکی تغذیه-روزه‌داری

Key theories

mTOR به عنوان یک حسگر آنابولیک مواد مغذی

کمپلکس 1 mTOR در دسترس بودن اسید آمینه، وضعیت انرژی و سیگنال‌های فاکتور رشد را یکپارچه می‌کند تا سنتز پروتئین، لیپید و نوکلئوتید را تقویت کند، در حالی که کاتابولیسم مانند اتوفاژی را سرکوب می‌کند، و بدین ترتیب آن را به یک تنظیم‌کننده اصلی متابولیسم رشدگرا تبدیل می‌کند.

AMPK به عنوان یک حسگر استرس انرژی

AMPK زمانی فعال می‌شود که انرژی سلولی کاهش یابد و نسبت AMP/ADP به ATP افزایش یابد؛ سپس مسیرهای کاتابولیک تولیدکننده ATP را روشن می‌کند و مسیرهای آنابولیک مصرف‌کننده ATP را خاموش می‌کند و به عنوان محافظ هموستاز انرژی سلولی عمل می‌کند.

Mechanisms

سلول‌ها وضعیت مواد مغذی و انرژی را از طریق مسیرهای اختصاصی که به عوامل اجرایی متابولیکی همگرا می‌شوند، حس می‌کنند (Efeyan و همکاران، 2015). کمپلکس 1 mTOR با کفایت اسید آمینه و پیام‌رسانی فاکتور رشد فعال می‌شود و متابولیسم آنابولیک — سنتز پروتئین، لیپید و نوکلئوتید — را هدایت می‌کند، در حالی که اتوفاژی را سرکوب می‌کند، بنابراین رشد را در زمان فراوانی مواد مغذی تقویت می‌کند (Saxton و Sabatini، 2017). AMPK با افزایش AMP و ADP نسبت به ATP در طول استرس انرژی فعال می‌شود؛ پس از فعال شدن، مسیرهای کاتابولیک و تولیدکننده ATP مانند اکسیداسیون اسید چرب را تحریک می‌کند و فرآیندهای آنابولیک مصرف‌کننده ATP را مهار می‌کند، و می‌تواند فعالیت mTOR را مهار کند، بنابراین این دو حسگر به صورت متقابل عمل می‌کنند تا متابولیسم را با در دسترس بودن انرژی تطبیق دهند (Herzig و Shaw، 2017).

Clinical relevance

مسیرهای mTOR و AMPK برای درک چگونگی تأثیر وضعیت مواد مغذی و انرژی بر متابولیسم حیاتی هستند و به طور گسترده‌ای در رابطه با بیماری‌های متابولیکی، رشد و پیری مورد مطالعه قرار می‌گیرند. محتوای اینجا توصیفی و آموزشی است و به منزله مشاوره دارویی یا درمانی نیست.

History

کشف هدف راپامایسین و بعدها پروتئین کیناز فعال شده با AMP نشان داد که چگونه سلول‌ها در دسترس بودن مواد مغذی و انرژی را به تصمیمات متابولیکی مرتبط می‌کنند. کارهای انجام شده در دهه‌های 1990 و 2000 چگونگی حس کردن اسیدهای آمینه و فاکتورهای رشد توسط mTOR برای هدایت آنابولیسم و چگونگی پاسخ AMPK به استرس انرژی را ترسیم کردند، و بررسی‌های یکپارچه (Efeyan و همکاران، 2015؛ Saxton و Sabatini، 2017؛ Herzig و Shaw، 2017) این مسیرها را به عنوان مراکز اصلی حسگری مواد مغذی تثبیت کردند.

Key figures

• David Sabatini
• Reuben Shaw
• Alejo Efeyan

Seminal works

• efeyan-2015
• saxton-sabatini-2017
• herzig-shaw-2017

Frequently asked questions

mTOR و AMPK در آنچه حس می‌کنند چه تفاوتی دارند؟

mTOR عمدتاً با فراوانی مواد مغذی — به ویژه اسیدهای آمینه — همراه با سیگنال‌های فاکتور رشد فعال می‌شود، در حالی که AMPK با کمبود انرژی فعال می‌شود که به صورت افزایش AMP و ADP نسبت به ATP حس می‌شود؛ به طور کلی، mTOR سیگنال «تغذیه شده و رشد کن» و AMPK سیگنال «انرژی کم، حفظ و تولید ATP» را می‌دهد.

آیا این مسیرها با یکدیگر تعامل دارند؟

بله. آن‌ها به صورت متقابل هماهنگ می‌شوند: AMPK می‌تواند فعالیت mTOR را تحت استرس انرژی مهار کند و به تغییر متابولیسم از برنامه‌های آنابولیک و رشدگرا به سمت برنامه‌های کاتابولیک و تولیدکننده انرژی کمک کند.