研究人员用光激活一种酶 揭示其在代谢中的作用

东京大学的Takeaki Ozawa和他的团队揭示了激活一种名为Akt2的酶后发生的代谢反应。在这样做的过程中，他们揭示了胰岛素调节代谢的内部运作。这些发现为Akt2靶向治疗糖尿病和代谢紊乱开辟了道路。

做任何事情都需要能量——甚至存在。您可以代谢食物以将葡萄糖转化为能量：这要归功于细胞内许多分子反应的级联。一旦你吃东西，你的胰腺就会分泌胰岛素激素，从而启动各种代谢过程。就好像是一场分子接力游戏一样，胰岛素与其受体的结合通过称为激酶的酶介导的分子反应触发通讯链。Akt2就是这样一种参与胰岛素调节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的影响或控制。我们知道许多参与胰岛素途径的关键参与者。但我们现在对这些球员如何扮演个人角色感兴趣，“当被问及他们研究Akt2的动机时，小泽说。

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起作用。这使得在这个过程中研究特定的生物分子具有挑战性。即使一种生物分子不能正常运作，也会导致糖尿病等代谢紊乱。因此，小泽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“跨组学”分析的新分析方法，并与“光遗传学”技术相结合。跨组学分析结合了参与代谢过程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)。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，所有的Akt2分子都在细胞膜上组装。关掉灯，Akt2 失活。

为了了解Akt2激活的后果，研究人员在小鼠骨骼肌细胞中激活了Akt2。然后，他们收集了有关不久后产生或降解的生物分子的大规模数据。跨组学分析揭示了由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调控的网络包括9个基因，56种代谢酶和23种代谢物。但胰岛素调节的网络包括32个基因，43种代谢酶和18种代谢物。在一些代谢反应中，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由Akt2功能突变引起的疾病发作机制，”Ozawa说。“他们还可以帮助开发针对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。

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