光照酶揭示其在新陈代谢中的作用

Takeaki Ozawa 和他来自东京大学的团队揭示了激活一种叫做 Akt2 的酶后的代谢反应。通过这样做，他们揭示了胰岛素调节的新陈代谢的内部运作。这些发现为糖尿病和代谢紊乱的 Akt2 靶向治疗开辟了道路。

做任何事情都需要能量——甚至是存在。您可以通过代谢食物将葡萄糖转化为能量：这要归功于细胞内的许多级联分子反应。一旦您进食，您的胰腺就会分泌胰岛素激素，从而启动各种新陈代谢过程。就好像这是一场分子接力赛，胰岛素与其受体结合，通过称为激酶的酶介导的分子反应触发了一条通讯链。Akt2 是一种参与胰岛素调节的细胞代谢过程的激酶。

“细胞代谢包括许多调节营养储存和能量产生的分子途径——所有这些都受胰岛素影响或控制。我们知道许多参与胰岛素通路的关键参与者。但我们现在对这些参与者如何发挥个人作用很感兴趣，”当被问及他们研究 Akt2 的动机时，Ozawa 说道。

但这不是一件容易的事。细胞代谢就像一个繁忙的市场，RNA、蛋白质和代谢物同时运作。这使得研究过程中的特定生物分子具有挑战性。即使一个生物分子不能正常发挥作用，它也会导致代谢紊乱，例如糖尿病。因此，Ozawa 和他的团队着手解决这个具有挑战性的问题。

他们使用了一种称为“transomics”分析的新分析方法，与“光遗传学”技术相结合。光遗传学技术使研究人员能够通过将光照射到细胞内的光敏 Akt2 分子上来特异性激活 Akt2。当他们打开灯时，所有 Akt2 分子都聚集在细胞膜上。关灯，Akt2 失活。Transomics 分析结合了代谢过程中涉及的生物分子的大规模数据：蛋白质(蛋白质组学)、表达基因或 RNA 转录物(转​​录组学)和代谢物(代谢组学)。

为了解 Akt2 激活的后果，研究人员激活了小鼠骨骼肌细胞中的 Akt2。然后他们收集了有关很快产生或降解的生物分子的大规模数据。transomics 分析揭示了 Akt2 激活触发的分子网络。

令他们惊讶的是，与胰岛素相比，Akt2 使用不同的调节机制。Akt2 调控网络包括 9 个基因、56 种代谢酶和 23 种代谢物。但胰岛素调节网络包括 32 个基因、43 种代谢酶和 18 种代谢物。在某些代谢反应中，Akt2 单独起作用;在其他情况下，它与其他酶一起作用。值得注意的是，Akt2 在启动糖酵解(涉及分解葡萄糖以产生能量)和核苷酸代谢(涉及合成或分解 DNA 和 RNA)中起着至关重要的作用。

“这些结果有助于阐明 Akt2 功能突变引起的疾病发作机制，”Ozawa 说，“它们还可以帮助开发靶向 Akt2 的药物。” 本研究中使用的分析框架也适用于其他生物分子。因此，这种方法可用于分析细胞内特定酶的功能。”