पोषक तत्व संवेदन और mTOR/AMPK सिग्नलिंग

पोषक तत्व संवेदन आणविक तंत्रों का वह समूह है जिसके द्वारा कोशिकाएं पोषक तत्वों और ऊर्जा की उपलब्धता का पता लगाती हैं और तदनुसार अपने चयापचय को समायोजित करती हैं। दो केंद्रीय केंद्र mTOR हैं, जो पोषक तत्व और वृद्धि-कारक की प्रचुरता से सक्रिय होता है ताकि उपचय (anabolic), वृद्धि-उन्मुख चयापचय को बढ़ावा मिल सके, और AMPK, जो ऊर्जा की कमी से सक्रिय होता है ताकि अपचय (catabolism) को चालू करके ऊर्जा संतुलन को बहाल किया जा सके। साथ मिलकर वे समन्वय करते हैं कि कोशिकाएं भोजन और उपवास पर कैसे प्रतिक्रिया करती हैं।

Definition

पोषक तत्व संवेदन में वे सिग्नलिंग तंत्र शामिल हैं जो अमीनो एसिड, ग्लूकोज, लिपिड और सेलुलर ऊर्जा चार्ज का पता लगाते हैं और उन्हें चयापचय निर्णयों में अनुवादित करते हैं। mTOR (मैकेनिस्टिक टारगेट ऑफ रैपामाइसिन) एक किनेज है जो पोषक तत्वों की पर्याप्तता से सक्रिय होता है और उपचय प्रक्रियाओं को संचालित करता है, जबकि AMPK (एएमपी-एक्टिवेटेड प्रोटीन किनेज) ऊर्जा तनाव के तहत बढ़ते एएमपी/एडीपी से सक्रिय होता है और अपचय, ऊर्जा-उत्पादक मार्गों को बढ़ावा देता है।

Scope

यह विषय मुख्य पोषक तत्व- और ऊर्जा-संवेदन मार्गों — विशेष रूप से mTOR और AMPK — उनके इनपुट, और उनके द्वारा नियंत्रित चयापचय कार्यक्रमों को शामिल करता है। यह ऊर्जा संतुलन के भीतर सिग्नलिंग जैव रसायन का एक संदर्भ और शैक्षिक विवरण है, न कि नैदानिक या औषधीय मार्गदर्शन।

Core questions

• कोशिकाएं किन पोषक तत्वों और ऊर्जा संकेतों को महसूस करती हैं, और किन सेंसरों के माध्यम से?
• mTOR पोषक तत्व की प्रचुरता को उपचय चयापचय और वृद्धि से कैसे जोड़ता है?
• AMPK ऊर्जा की कमी का पता कैसे लगाता है और ऊर्जा संतुलन को कैसे बहाल करता है?
• भोजन और उपवास प्रतिक्रियाओं के समन्वय के लिए ये मार्ग कैसे परस्पर क्रिया करते हैं?

Key concepts

• पोषक तत्व और ऊर्जा संवेदन
• mTOR कॉम्प्लेक्स 1 और अमीनो एसिड सिग्नलिंग
• AMPK और AMP/ATP अनुपात
• उपचय बनाम अपचय चयापचय कार्यक्रम
• ऑटोफैगी विनियमन
• mTOR और AMPK का पारस्परिक समन्वय
• भोजन-उपवास चयापचय स्विचिंग

Key theories

एक उपचय पोषक तत्व सेंसर के रूप में mTOR

mTOR कॉम्प्लेक्स 1 अमीनो एसिड की उपलब्धता, ऊर्जा की स्थिति और वृद्धि-कारक संकेतों को एकीकृत करता है ताकि प्रोटीन, लिपिड और न्यूक्लियोटाइड संश्लेषण को बढ़ावा मिल सके, जबकि ऑटोफैगी जैसे अपचय को दबाता है, जिससे यह वृद्धि-उन्मुख चयापचय का एक मास्टर नियामक बन जाता है।

ऊर्जा-तनाव सेंसर के रूप में AMPK

AMPK तब सक्रिय होता है जब सेलुलर ऊर्जा गिरती है और AMP/ADP-से-ATP अनुपात बढ़ता है; फिर यह ATP-उत्पादक अपचय मार्गों को चालू करता है और ATP-खपत उपचय मार्गों को बंद करता है, सेलुलर ऊर्जा समस्थिति के संरक्षक के रूप में कार्य करता है।

Mechanisms

कोशिकाएं समर्पित मार्गों के माध्यम से पोषक तत्व और ऊर्जा की स्थिति को महसूस करती हैं जो चयापचय प्रभावकों पर अभिसरित होते हैं (Efeyan et al., 2015)। mTOR कॉम्प्लेक्स 1 अमीनो एसिड की पर्याप्तता और वृद्धि-कारक सिग्नलिंग द्वारा सक्रिय होता है और उपचय चयापचय — प्रोटीन, लिपिड और न्यूक्लियोटाइड संश्लेषण — को संचालित करता है, जबकि ऑटोफैगी को दबाता है, जिससे पोषक तत्व प्रचुर मात्रा में होने पर वृद्धि को बढ़ावा मिलता है (Saxton & Sabatini, 2017)। AMPK ऊर्जा तनाव के दौरान एटीपी के सापेक्ष एएमपी और एडीपी में वृद्धि से सक्रिय होता है; एक बार सक्रिय होने पर, यह अपचय, एटीपी-उत्पादक मार्गों जैसे फैटी एसिड ऑक्सीकरण को उत्तेजित करता है और एटीपी-खपत उपचय प्रक्रियाओं को रोकता है, और यह mTOR गतिविधि को नियंत्रित कर सकता है, इसलिए दोनों सेंसर ऊर्जा उपलब्धता के साथ चयापचय का मिलान करने के लिए पारस्परिक रूप से कार्य करते हैं (Herzig & Shaw, 2017)।

Clinical relevance

mTOR और AMPK मार्ग यह समझने के लिए केंद्रीय हैं कि पोषक तत्व और ऊर्जा की स्थिति चयापचय को कैसे आकार देती है, और उनका चयापचय रोग, वृद्धि और उम्र बढ़ने के संबंध में बड़े पैमाने पर अध्ययन किया जाता है। यहां की सामग्री वर्णनात्मक और शैक्षिक है और औषधीय या उपचार सलाह का गठन नहीं करती है।

History

रैपामाइसिन के लक्ष्य की खोज और, बाद में, एएमपी-एक्टिवेटेड प्रोटीन किनेज ने खुलासा किया कि कोशिकाएं पोषक तत्व और ऊर्जा की उपलब्धता को चयापचय निर्णयों से कैसे जोड़ती हैं। 1990 के दशक और 2000 के दशक के दौरान किए गए कार्य ने यह दर्शाया कि mTOR उपचय को संचालित करने के लिए अमीनो एसिड और वृद्धि कारकों को कैसे महसूस करता है और AMPK ऊर्जा तनाव पर कैसे प्रतिक्रिया करता है, और एकीकृत समीक्षाओं (Efeyan et al., 2015; Saxton & Sabatini, 2017; Herzig & Shaw, 2017) ने इन मार्गों को केंद्रीय पोषक तत्व-संवेदन केंद्रों के रूप में समेकित किया।

Key figures

• David Sabatini
• Reuben Shaw
• Alejo Efeyan

Seminal works

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

Frequently asked questions

mTOR और AMPK जो महसूस करते हैं उसमें कैसे भिन्न होते हैं?

mTOR मुख्य रूप से पोषक तत्व की प्रचुरता — विशेष रूप से अमीनो एसिड — के साथ-साथ वृद्धि-कारक संकेतों द्वारा सक्रिय होता है, जबकि AMPK ऊर्जा की कमी से सक्रिय होता है, जिसे ATP के सापेक्ष AMP और ADP में वृद्धि के रूप में महसूस किया जाता है; मोटे तौर पर, mTOR 'भोजन किया और बढ़ो' का संकेत देता है और AMPK 'कम ऊर्जा, एटीपी को संरक्षित और उत्पन्न करो' का संकेत देता है।

क्या ये मार्ग परस्पर क्रिया करते हैं?

हाँ। वे पारस्परिक रूप से समन्वित होते हैं: AMPK ऊर्जा तनाव के तहत mTOR गतिविधि को बाधित कर सकता है, जिससे चयापचय को उपचय, वृद्धि-उन्मुख कार्यक्रमों से अपचय, ऊर्जा-उत्पादक कार्यक्रमों की ओर स्थानांतरित करने में मदद मिलती है।