分子科学研究所的 Takahiro Kosugi 助理教授、国立基础生物学研究所的 Yoshiaki Kamada 助理教授及其同事开发了一种先进的分子细胞生物学方法，根据酵母中预测的三维结构，整合蛋白质复合物的计算重新设计遗传学。

他们发现，酵母中的两种蛋白质复合物被认为具有相同的功能，但它们在细胞环境反应和寿命中发挥着不同的作用。此外，他们表明两种复合物在应对压力时发挥不同的功能，并发现了治疗与年龄相关的疾病的潜在途径。该研究发表在《细胞科学杂志》上。

蛋白质作为细胞的主力，通常形成复杂的结构来执行基本功能。TORC1 就是这样一种重要的蛋白质复合物，它在协调细胞对环境刺激(例如营养物质可用性)的反应中发挥着关键作用。这种复合物不仅与各种疾病有关，而且在包括人类在内的多种生物体的寿命调节中发挥着重要作用。

与许多生物体不同，酵母物种之一——酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)拥有两种不同类型的 TORC1 复合物，每种都包含 Tor1 或 Tor2 蛋白。这项研究挑战了之前的假设，即这些复合体在功能上是冗余的，只是作为彼此的备份而存在。研究小组展示了这两种复合物的独特且非冗余的作用。

研究小组的任务是揭示两种酵母 TORC1 复合物之间的差异。通过设计Tor2蛋白的突变版本，他们有效地阻止了它形成TORC1复合物，同时允许它保持形成TORC2的能力。

这一策略性改变使研究人员能够分析两个 TORC1 复合物的不同功能，特别是关注包含 Tor2 的复合物。

研究表明，与野生型细胞或缺乏含有 Tor1 的 TORC1 的细胞相比，缺乏含有 Tor2 的 TORC1 的酵母细胞对各种环境压力的反应不同。例如，没有 Tor2-TORC1 的细胞对 TORC1 抑制剂(包括雷帕霉素和咖啡因)表现出更高的敏感性。

此外，研究小组还研究了 TORC1 改变对酵母寿命的影响。研究结果令人信服：含有 Tor2 的 TORC1 的缺失导致了独特的寿命特征，与在不含 Tor1 的 TORC1 的细胞中观察到的明显不同。

这些结果为 Tor 复合物的分子进化、细胞信号通路和寿命调控提供了新的见解。这项研究不仅揭示了酵母中含有 Tor1 和 Tor2 的 TORC1 的特定功能，而且还为人类生物学和疾病背景下的进一步探索开辟了途径。

他们使用基于三维结构的目标蛋白复合物工程来解决生物学问题的先进方法是值得注意的一点。通过计算生成目标蛋白质的三维结构，然后根据植根于这些模型结构的强大原理来选择突变体。

因此，在少数候选者中，设计了一个突变体。此外，这些结构是计算预测的模型复杂结构，而不是实验结构。这种方法有可能成为一种通用方法，因为它可以应用于广泛的高质量预测蛋白质结构模型，这些模型是通过最近开发的使用深度学习的高精度结构预测方法而提供的。正如本研究所做的那样，有可能根据预测的结构改造天然蛋白质并揭示其生物功能。

这项研究的结果对于增进我们对细胞衰老和疾病治疗的理解具有深远的意义。通过区分酵母中 TORC1 复合体变体的非冗余功能，研究小组为未来更精确地针对这些途径的医疗干预奠定了基础。这可能会彻底改变与细胞营养反应相关的各种与年龄相关的疾病和病症的治疗策略。

此外，考虑到 TOR 通路在进化中的保守性，这些酵母模型可能预示着人类健康方面的类似突破，有可能为治疗癌症、糖尿病和神经退行性疾病等复杂疾病提供新途径。

这项研究不仅深入了解了TORC1在酵母中的具体作用，还强调了基于预测蛋白质结构的基因工程揭示细胞生命复杂运作机制的潜力，从而有可能增强人类健康和寿命。