Savčí cíl rapamycinu

Savčí cíl rapamycinu ( TOR; savčí cíl rapamycinu (  mTOR); FK506 vazebný protein 12-rapamycin asociovaný protein 1 (FRAP1) ) je proteinkináza serin - threonin specifity, která existuje v buňce jako podjednotka intracelulární multimolekulární signalizace komplexy TORC1 a TORC2 . Jako součást těchto komplexů TOR reguluje buněčný růst a přežití. Komplex TORC1 je cílem imunosupresiva rapamycinu (to vysvětluje název proteinu „cíl rapamycinu“).

Objevila ho skupina vědců vedená Michaelem Hallem z Biozentrum University of Basel v roce 1991 [1] .

Funkce

TOR1 a TOR2 hrají ústřední roli v kontrole buněčného růstu. Přestože jsou tyto proteiny strukturálně podobné, jejich funkce nejsou stejné. Narušení TOR1 nemá téměř žádný vliv na buňky a narušení TOR2 vede k organizaci aktinového cytoskeletu , syntéze sfingolipidů , endocytóze a zástavě buněčného cyklu v G2/M fázi . Porušení obou proteinů vede k zastavení buněčného cyklu ve fázi G0. TOR2 má tedy dvě oblasti fungování: jedna je nezávislá, druhá je spojená s TOR1, ale obě cesty vedou k řízení buněčného cyklu v různých fázích. 

TOR savci

Aktivace

Kromě mTOR obsahuje komplex mTORC1 další proteiny: raptor ( regulační  -asociovaný protein TOR ), mLST8 ( savce letální s proteinem Sec13  8 ) neboli GβL a PRAS40 ( substrát PKB/AKT bohatý na prolin  40 kDa ) [2 ] .

mTORC1 je aktivován růstovými faktory nebo aminokyselinami . Navíc, když je mTORC1 aktivován aminokyselinami, signál je zprostředkován Rag GTPázami a vede k relokalizaci komplexu. Když je mTORC1 aktivován růstovými faktory, signál zapne fosforylaci TSC1 - TSC2 pomocí AKT1 , což vede k aktivaci RHEB GTPázy, která přímo aktivuje mTORC1. Aktivace mTORC1 stimuluje biosyntézu proteinů fosforylací klíčových regulátorů translace mRNA . mTORC1 fosforyluje inhibiční protein EIF4EBP1 , který se v důsledku toho uvolní a odblokuje translační iniciační faktor 4E ( eIF4E ). Aktivovaný mTORC1 navíc fosforyluje a aktivuje p70 ribozomální proteinkinázu S6 (S6K1), která také stimuluje syntézu proteinů [3] . Rapamycin inhibuje mTORC1 a blokuje buněčnou proliferaci, která se používá při transplantacích k inhibici proliferace leukocytů a potlačení imunitní odpovědi .

Komplex mTORC2 spolu s mTOR zahrnuje GβL, rictor ( společník TOR necitlivý na rapamycin  ), mSin1 ( protein interagující s proteinkinázou aktivovanou savčím stresem (SAPK) 1 ) a protor ( protein pozorovaný s ricorem ) [2] .   

mTORC2 je aktivován pouze růstovými faktory. V signální dráze je mTORC2 upstream od Rho GTPáz a reguluje organizaci aktinového cytoskeletu, přežití buněk a metabolismus lipidů. Mezi substráty mTORC2 patří AKT, SGK ( sérová glukokortikoidy indukovaná kináza ) a některé izoformy proteinkinázy C [ 3] .  mTORC2, na rozdíl od mTORC1, není citlivý na imunosupresivum rapamycin .

Inhibice

Nejznámějším inhibitorem mTOR je bakteriální toxin rapamycin . Účinnějším inhibitorem než rapamycin a jeho derivát everolimus je PP242, který inhibuje mTORC1 i mTORC2. [4] [5] V klinických studiích je také sapanisertib , experimentální perorální , vysoce selektivní inhibitor mTOR kinázy (který inhibuje mTORC1 i mTORC2), který soutěží s adenosintrifosfátem . [6]

V buňce je mTOR inhibován proteiny rodiny sestrinů [7] (viz SESN1 a SESN2 ). Inhibicí TORC1 mohou sestriny přeprogramovat buňky, aby se přizpůsobily stresovým podmínkám. Na nich závisí regulace mTOR zprostředkovaná p53 , což umožňuje p53 potlačit buněčný růst a chránit před nemocemi starších lidí . [8] [9]

Inhibice mTORC1 podporuje zvýšení maximální životnosti . [10] Tato inhibice mTOR však nezabraňuje známkám a symptomům stárnutí, ale prodlužuje délku života potlačením určitých život omezujících patologií u starších zvířat. [11] [12] Zdá se však, že dietní omezení a inhibice mTOR prodlužují délku života a oddalují stárnutí prostřednictvím značně odlišných mechanismů a cest. [12]

TOR kvasnice

Struktura

TOR je vysoce konzervovaný u eukaryot , u kvasinek je reprezentován dvěma paralogy : TOR1 a TOR2. Oba paralogy mají hmotnost 282 kDa a jsou z 67 % identické. Komplex FKBP-rapamycin může interagovat s každým z nich ( rapamycin je aktivní pouze v tomto komplexu). Všechny TOR mají podobnou doménovou strukturu . Blíže k N-konci jsou sledovány repetice HEAT (nacházejí se v hungtingtinu , e longation faktoru 3, podjednotce A proteinů PP2A a T OR1), které tvoří a-helixy a jsou vazebnou oblastí komplexů TOR. Centrální FAT doména a C-terminální FATC doména lemují kinázové a FRB domény. FRB doména je FKBP-rapamycin vazebné místo.

Kvasinkové komplexy TORC1 a TORC2

Komplex TORC1 se skládá z proteinů Kog1, Lst8, Tco89 a může zahrnovat buď TOR1 nebo TOR2. Jeho hmotnost je 2 MDa a tento komplex je pravděpodobně dimer . Je citlivý na rapamycin a plní funkci sdílenou TOR. V buňce se koncentruje na membráně vakuoly .

Komplex EGO ( únik z rapamycinem indukované zástavy růstu ) je hlavním regulátorem TORC1 . Skládá se ze čtyř proteinů: palmitového a myristiolovaného proteinu Ego1, transmembránového proteinu Ego3 a dvou GTPáz Gtr1 a Gtr2. Tento komplex je citlivý na extracelulární hladinu leucinu a na intravakuolární hladinu aminokyselin . V závislosti na konfiguraci GTPáz obsažených v komplexu se TORC1 aktivuje nebo deaktivuje. V aktivovaném stavu komplex stimuluje buněčný růst prostřednictvím fosforylace Sch9 , zvyšuje anabolické procesy a snižuje katabolické procesy a programy reakce na stres.

Komplex TORC1 také urychluje stárnutí, inhibuje ho a blokování Sch9 prodlužuje životnost kvasinek , červů , much a myší. Jedním známým inhibitorem je rapamycin . V klinické biologii se používá při  transplantacích  k inhibici proliferace leukocytů a potlačení imunitní odpovědi .

Komplex TORC2 zahrnuje TOR2, Avo1, Avo2, Avo3, Bit61 (a/nebo jeho paralog Bit2) a Lst8 (obrázek 2C). Nachází se v blízkosti plazmatické membrány , je necitlivý na rapamycin a plní druhou funkci popsanou výše. TORC2 fosforyluje Ypk a SLM, což vede k organizaci aktinového cytoskeletu , syntéze sfingolipidů a endocytóze .

Viz také

• Rapamycin
• Signální dráha PI3K/AKT/mTOR

Poznámky

1. ↑ Heitman J., Movva NR, Hall MN Cíle pro zastavení buněčného cyklu imunosupresivem rapamycinem v kvasinkách  //  Science : journal. - 1991. - Srpen ( roč. 253 , č. 5022 ). - S. 905-909 . - doi : 10.1126/science.1715094 . — PMID 1715094 .
2. ↑ 12 Biologie buněčné signalizace . Datum přístupu: 24. července 2013. Archivováno z originálu 29. srpna 2013. (neurčitý)
3. ↑ 1 2 Mendoza MC, Er EE, Blenis J. Dráhy Ras-ERK a PI3K-mTOR: cross-talk a kompenzace  // Trends Biochem Sci. - 2011. - T. 36 , č. 6 . - S. 320-328 . - doi : 10.1016/j.tibs.2011.03.006 . — PMID 21531565 .
4. ↑ Feldman, M.E., Apsel, B., Uotila, A., Loewith, R., Knight, ZA, Ruggero, D., & Shokat, KM (2009). Aktivní inhibitory mTOR cílí na výstupy mTORC1 a mTORC2 rezistentní na rapamycin. PLoS Biol, 7(2), e1000038. PMID 19209957 PMC 2637922 doi : 10.1371/journal.pbio.1000038
5. ↑ Lu, Z., Shi, X., Gong, F., Li, S., Wang, Y., Ren, Y., ... & Hou, G. (2020). RICTOR/mTORC2 ovlivňuje tumorigenezi a terapeutickou účinnost inhibitorů mTOR u spinocelulárního karcinomu jícnu. Acta Pharmaceutica Sinica B, 10(6), 1004-1019. PMID 32642408 PMC 7332809 doi : 10.1016/j.apsb.2020.01.010
6. ↑ Voss, MH, Gordon, MS, Mita, M., Rini, B., Makker, V., Macarulla, T., ... & Burris, HA (2020). Studie fáze 1 inhibitoru mTORC1/2 sapanisertibu (TAK-228) u pokročilých solidních nádorů s expanzní fází u rakoviny ledvin, endometria nebo močového měchýře. Britský časopis o rakovině, 123(11), 1590-1598. PMID 32913286 PMC 7686313 doi : 10.1038/s41416-020-01041-x
7. ↑ Protein se ukázal jako přirozený inhibitor stárnutí v  modelu octomilky . ScienceDaily (5. března 2010). Staženo 2. 5. 2019. Archivováno z originálu 2. 5. 2019.
8. ↑ Budanov, A.V., & Karin, M. (2008). p53 Cílové geny Sestrin1 a Sestrin2 Propojují genotoxický stres a signalizaci mTOR. Cell, 134(3), 451–460. doi : 10.1016/j.cell.2008.06.028
9. ↑ Kishimoto, Y., Kondo, K., & Momiyama, Y. (2021). Ochranná role Sestrinu2 u aterosklerotických a srdečních chorob. International Journal of Molecular Sciences, 22(3), 1200. PMID 33530433 PMC 7865804 doi : 10.3390/ijms22031200
10. ↑ Dumas, SN, & Lamming, DW (2020). Strategie nové generace pro geroprotekci prostřednictvím inhibice mTORC1. The Journals of Gerontology: Series A, 75(1), 14-23. PMID 30794726 PMC 6909887 doi : 10.1093 / gerona / glz056
11. ↑ Neff, F., Flores-Dominguez, D., Ryan, DP, Horsch, M., Schröder, S., Adler, T., ... & Ehninger, D. (2013). Rapamycin prodlužuje životnost myší, ale má omezené účinky na stárnutí. The Journal of Clinical Research, 123(8), 3272-3291. PMID 3863708 PMC 3726163 doi : 10.1172/JCI67674
12. ↑ 1 2 Unnikrishnan, A., Kurup, K., Salmon, A.B., & Richardson, A. (2020). Je rapamycin mimetikem omezení stravy? The Journals of Gerontology: Series A, 75(1), 4-13. PMID 30854544 PMC 6909904 doi : 10.1093/gerona/glz060

Literatura

• Saxton RA, Sabatini DM (březen 2017). „Signalizace mTOR v růstu, metabolismu a nemoci“ . buňka . 168 (6): 960-976. DOI : 10.1016/j.cell.2017.02.004 . PMC  5394987 . PMID28283069  . _
• Olekšák, P., Nepovímová, E., Chrienová, Z., Musilek, K., Patočka, J., & Kuča, K. (2022). Současné lešení inhibitorů mTOR k rozpadu nemocí: Patentový přehled (2015–2021). European Journal of Medicinal Chemistry, 114498. doi : 10.1016/j.ejmech.2022.114498
• Mao, B., Zhang, Q., Ma, L., Zhao, DS, Zhao, P., & Yan, P. (2022). Přehled výzkumu inhibitorů mTOR . Molekuly, 27(16), 5295. doi : 10,3390/molekuly27165295
• Robert A. Saxton, David M. Sabatini (2017). Signalizace mTOR v růstu, metabolismu a onemocnění . Cell, 168(6):960–976 DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2017.02.004
• Loewith R, Hall MN. 2011. Cíl rapamycinu (TOR) v nutriční signalizaci a kontrole růstu. Genetics 189(4):1177-201
• Loewith R, Jacinto E, Wullschleger S, Lorberg A, Crespo J, Bonenfant D, Oppliger W, Jenoe P, Hall M. 2002. Dva komplexy TOR, z nichž pouze jeden je citlivý na rapamycin, mají odlišné role v kontrole buněčného růstu. Mol Cell 10: 457-468
• Stan, R., MM McLaughlin, R. Cafferkey, RK Johnson, M. Rosenberg a kol., 1994 Interakce mezi FKBP12-rapamycinem a TOR zahrnuje konzervovaný serinový zbytek. J Biol. Chem. 269: 32027–32030
• Kunz, J., R. Henriquez, U. Schneider, M. Deuter-Reinhard, NR Movva a kol., 1993 Cíl rapamycinu v kvasinkách, TOR2, je nezbytný homolog fosfatidylinositol kinázy potřebný pro progresi G1. Buňka 73: 585–596
• Kunz, J., U. Schneider, I. Howald, A. Schmidt a MN Hall, 2000 HEAT repeats zprostředkovávají lokalizaci Tor2p v kvasinkách na plazmatické membráně. J Biol. Chem. 275: 37011–37020
• Barbet, NC, U. Schneider, SB Helliwell, I. Stansfield, MF Tuite a kol., 1996 TOR řídí iniciaci translace a časnou progresi G1 u kvasinek. Mol. Biol. Buňka 7: 25–42
• Bjedov, I., JM Toivonen, F. Kerr, C. Slack, J. Jacobson et al., 2010 Mechanismy prodloužení životnosti rapamycinem u ovocné mušky Drosophila melanogaster. Cell Metab. 11:35–46
• Harrison, DE, R. Strong, ZD Sharp, JF Nelson, CM Astle et al., 2009 Rapamycin podávaný v pozdním věku prodlužuje životnost u geneticky heterogenních myší. Příroda 460: 392–395
• Kaeberlein, M., RW Powers III. KK Steffen, EA Westman, D. Hu a kol., 2005 Regulace replikativní délky života kvasinek pomocí TOR a Sch9 v reakci na živiny. Science 310: 1193–1196
• Vellai, T., K. Takacs-Vellai, Y. Zhang, AL Kovacs, L. Orosz et al., 2003 Genetika: vliv TOR kinázy na životnost u C. elegans. Příroda 426: 620

Odkazy

• http://www.TargetmTOR.com
• signální cesta mTor