ラグGTPaseのドメイン間の水素結合は、アミノ酸を感知する安定したmTORC1シグナル伝達を維持します

細胞の成長と増殖は、主にラパマイシン複合体1（MTORC1）の機械的標的によって決定され、細胞の同化ニーズと栄養の利用可能性を均衡させます。MTORC1の活性の中心は、RAGA-RAGC GTPaseヘテロダイマーです。これは、好ましい条件下で複合体をリソソーム表面に補充してその活性を促進します。Raga-Ragcヘテロダイマーには、両方のサブユニットがアクティブなGTPaseであるという点でユニークなアーキテクチャがあります。MTORC1アクティビティを促進するために、RAGAサブユニットにはGTPがロードされ、RAGCサブユニットにはGDPが搭載されていますが、反対のヌクレオチド負荷構成はこのシグナル伝達経路を阻害します。そのユニークな分子アーキテクチャにもかかわらず、RAG GTPaseヘテロダイマーが逆に負荷のあるヌクレオチド状態を維持する方法はとらえどころのないままです。ここでは、RAG GTPaseヘテロダイマーの結晶構造に構造機能解析アプローチを適用し、RAG GTPaseのGDP搭載状態を安定させる重要な水素結合を特定しました。この水素結合は、RAGCのRAGAまたはLys84のヌクレオチド結合ドメインにおけるASN30のバックボーンカルボニルと、それぞれRAGCのC末端障害ドメインまたはRAGCのC末端障害ドメインのSTR210のサイドチェーンにあるヒドロキシル基に媒介されます。このドメイン間の水素結合を除去すると、rag gtpaseがその機能状態を維持する能力が廃止され、アミノ酸シグナルに対する歪んだ応答が生じます。我々の結果は、MTORC1栄養センシング経路の維持と調節には、ぼろきれGTPase内のこの長距離ドメイン間相互作用が必要であることを明らかにしています。

Cellular growth and proliferation are primarily dictated by the mechanistic target of rapamycin complex 1 (mTORC1), which balances nutrient availability against the cell's anabolic needs. Central to the activity of mTORC1 is the RagA-RagC GTPase heterodimer, which under favorable conditions recruits the complex to the lysosomal surface to promote its activity. The RagA-RagC heterodimer has a unique architecture in that both subunits are active GTPases. To promote mTORC1 activity, the RagA subunit is loaded with GTP and the RagC subunit is loaded with GDP, while the opposite nucleotide-loading configuration inhibits this signaling pathway. Despite its unique molecular architecture, how the Rag GTPase heterodimer maintains the oppositely loaded nucleotide state remains elusive. Here, we applied structure-function analysis approach to the crystal structures of the Rag GTPase heterodimer and identified a key hydrogen bond that stabilizes the GDP-loaded state of the Rag GTPases. This hydrogen bond is mediated by the backbone carbonyl of Asn30 in the nucleotide-binding domain of RagA or Lys84 of RagC and the hydroxyl group on the side chain of Thr210 in the C-terminal roadblock domain of RagA or Ser266 of RagC, respectively. Eliminating this interdomain hydrogen bond abolishes the ability of the Rag GTPase to maintain its functional state, resulting in a distorted response to amino acid signals. Our results reveal that this long-distance interdomain interaction within the Rag GTPase is required for the maintenance and regulation of the mTORC1 nutrient-sensing pathway.