MTOR Функция гена
Механическая мишень рапамицинкиназы
Обзор
mTOR объединяет PI3K/AKT, аминокислоты и энергетические сигналы посредством двух отдельных комплексов: mTORC1 управляет синтезом белка (S6K1, 4EBP1) и подавляет аутофагию; mTORC2 фосфорилирует AKT Ser473 для полной активации. Ингибиторы mTORC1 (эверолимус, темсиролимус) одобрены при почечно-клеточном раке, HR+ раке молочной железы и НЭО поджелудочной железы, но парадоксальным образом активируют AKT через ослабление обратной связи S6K1 → IRS-1, что ограничивает их эффективность при монотерапии. Каталитические ингибиторы mTOR (гедатолисиб) ингибируют оба комплекса и позволяют избежать этого парадокса. Потеря TSC1/TSC2 при туберозном склерозе приводит к конституциональной гиперактивации mTORC1; активация мутаций киназы mTOR примерно в 5% случаев почечно-клеточного рака может предсказать усиление ответа эверолимуса.
Молекулярный механизм
Краткое описание механизма
mTOR образует два структурно и функционально различных комплекса: mTORC1 (содержащий RAPTOR) объединяет PI3K/AKT, достаточность аминокислот и энергетические сигналы для управления синтезом белка посредством фосфорилирования S6K1 и 4EBP1, одновременно подавляя аутофагию; mTORC2 (содержащий RICTOR) фосфорилирует AKT Ser473 для полной активации и PKCα для контроля цитоскелета. Ингибиторы mTORC1 (эверолимус, темсиролимус) одобрены для лечения почечно-клеточного рака, HR+ рака молочной железы и НЭО поджелудочной железы, но их полезность по своей сути ограничена парадоксальной реактивацией AKT посредством снятия отрицательной обратной связи S6K1 → IRS-1 — фундаментальное обоснование для двойных каталитических ингибиторов PI3K/mTOR.
Пошаговый механизм
RHEB-GTP непосредственно контактирует и активирует mTORC1 (mTOR-RAPTOR-mLST8-PRAS40-DEPTOR) на лизосомальной мембране, где mTORC1 удерживается комплексом Ragulator-RAG GTPase в ответ на достаточность аминокислот.
Активированный mTORC1 фосфорилирует S6K1 по Thr389 по его гидрофобному мотиву. Активированный S6K1 затем фосфорилирует rpS6, eIF4B и SKAR, что способствует трансляции мРНК, биогенезу рибосом и сплайсингу мРНК факторов роста.
mTORC1 фосфорилирует 4EBP1 в нескольких сайтах (Thr37/46, Ser65, Thr70), освобождая eIF4E от ингибирования 4EBP1. Свободный eIF4E собирает кэп-связывающий комплекс eIF4F, обеспечивая кэп-зависимую трансляцию 5'-TOP мРНК (рибосомальные белки, факторы трансляции).
mTORC1 подавляет аутофагию путем фосфорилирования ULK1 по Ser757, предотвращая AMPK-опосредованную активацию ULK1. Это останавливает сборку комплекса инициации аутофагии ULK1-ATG13-FIP200.
mTORC2 (mTOR-RICTOR-mSin1-mLST8) фосфорилирует AKT Ser473 (полная активация), PKCα (цитоскелетная организация) и SGK1 (транспорт ионов, регуляция FOXO), действуя как усилитель положительной обратной связи передачи сигналов PI3K.
S6K1, активированный mTORC1, фосфорилирует IRS-1 по ингибирующим остаткам серина, уменьшая привлечение PI3K к инсулиновому рецептору — петлю отрицательной обратной связи, которая ограничивает активность mTORC1, но парадоксальным образом активирует AKT, когда mTORC1 ингибируется рапамицином.
Регуляторы восходящего потока
Прямой активатор mTORC1 на поверхности лизосом; активируется, когда TSC1/TSC2 блокируется AKT
Рекрутирование mTORC1 в лизосому в ответ на достаточность аминокислот; Гетеродимеры RAGA/B-RAGC/D
Датчик энергии; активирует TSC2 и фосфорилирует RAPTOR для ингибирования mTORC1 при низком уровне АТФ.
Нисходящие цели
Трансляция мРНК, биогенез рибосом, сплайсинг
выпуск eIF4E; активация перевода, зависящая от ограничения
Подавление аутофагии
Полная активация АКТ; Ингибирование FOXO
Ключевые посттрансляционные модификации
Маркер внутренней киназной активности mTORC2
Положительная петля ауторегуляции
Механизм заболевания
Передача сигналов mTOR может усиливаться за счет активации восходящего PI3K/AKT, потери PTEN, потери TSC1/TSC2 или менее распространенных изменений MTOR. Аллостерические рапалоги преимущественно ингибируют mTORC1, в то время как mTORC2 и восходящая передача сигналов могут оставаться активными; ослабление обратной связи S6K-IRS также может восстановить входной сигнал в некоторых контекстах. Каталитическая стратегия mTOR и комбинированная стратегия PI3K/mTOR направлены на расширение подавления пути, но имеют доказательства, специфичные для агента и заболевания. Вариант MTOR следует интерпретировать с учетом аллеля и контекста опухоли, а не предполагать, что он предсказывает реакцию ингибитора.
Ссылки на базу данных
Ключевые пути
- ·сигнализация mTOR
- ·ПИ3К-АКТ-мТОР
- ·Подавление аутофагии
- ·Определение аминокислот
- ·Устойчивость к ингибитору mTOR
Ассоциации заболеваний
- ·Туберозный склероз
- ·Почечно-клеточный рак
- ·HR+ рак молочной железы
- ·Нейроэндокринные опухоли поджелудочной железы
Исследовательская деятельность
MTOR является активно изучаемым объектом: около 75+ Клинические исследования, в которых упоминается об этом, в настоящее время набирают набор на ClinicalTrials.gov. Испытательная деятельность отражает исследовательский интерес, а не доказанную пользу — дизайн, конечные точки и группы населения сильно различаются.
Отслеживание испытаний MTOR
Новые и измененные онкологические исследования, кратко изложенные простым языком каждый день.
Функциональные партнеры
Общие вопросы о MTOR
Что делает mTOR?
mTOR представляет собой серин/треониновую киназу, которая образует два отдельных комплекса: mTORC1 управляет синтезом белка (через S6K1 и 4EBP1), биогенезом рибосом и синтезом липидов, подавляя при этом аутофагию; mTORC2 фосфорилирует и активирует AKT по Ser473 и регулирует организацию цитоскелета.
Какие виды рака реагируют на ингибиторы mTOR?
Эверолимус представляет собой аллостерический ингибитор mTORC1, имеющий регулирующее применение по конкретным показаниям. Ингибирование mTORC1 может ослабить отрицательную обратную связь S6K-IRS1 и увеличить передачу сигналов в восходящем направлении в некоторых моделях, в то время как mTORC2 может оставаться активным. Эти наблюдения мотивируют более широкие стратегии ингибирования путей, но не устанавливают универсальный механизм резистентности или комбинацию методов лечения.
Что такое туберозный склероз и mTOR?
Комплекс туберозного склероза (TSC) вызван мутациями зародышевой линии в TSC1 или TSC2, которые кодируют комплекс гамартин-туберин, который действует как GAP для малой ГТФазы RHEB. Потеря TSC1/TSC2 вызывает конститутивную RHEB-опосредованную активацию mTORC1, вызывая рост доброкачественной гамартомы в почках, головном мозге, легких и коже.
Почему ингибиторы mTOR парадоксальным образом активируют AKT?
Когда mTORC1 ингибируется рапалогами (эверолимус, темсиролимус), активный S6K1 подавляется. S6K1 обычно фосфорилирует IRS-1 по ингибирующим остаткам серина, снижая способность IRS-1 активировать PI3K ниже рецепторов инсулина и IGF1. При подавлении S6K1 дефосфорилирование IRS-1 восстанавливает его активирующую функцию, что приводит к усилению фосфорилирования PI3K→PDK1→AKT Thr308. Одновременно mTORC2 (не ингибируемый рапалогами) продолжает фосфорилировать AKT Ser473 для полной активации. Конечным результатом является повышенная активность АКТ во время ингибирования mTORC1 — эффект, противоположный предполагаемому, — который ограничивает апоптотический ответ и является ключевой причиной, по которой ингибиторы mTORC1 обладают умеренной эффективностью при монотерапии. Каталитические ингибиторы mTOR (INK128, гедатолисиб) ингибируют оба комплекса и позволяют избежать этого парадокса.
В чем разница между рапалогами и каталитическими ингибиторами mTOR?
Рапалоги (эверолимус, темсиролимус) представляют собой аллостерические ингибиторы, которые связывают FKBP12 и FKBP12-рапамицин-связывающий домен mTOR, стерически не позволяя RAPTOR позиционировать субстраты для фосфорилирования mTORC1 — они ингибируют mTORC1, но не mTORC2. Каталитические (АТФ-конкурентные) ингибиторы mTOR (INK128/сапанисертиб, гедатолисиб) связывают каталитический сайт киназы mTOR как в mTORC1, так и в mTORC2, одновременно блокируя всю активность киназы mTOR. Таким образом, каталитические ингибиторы также подавляют фосфорилирование mTORC2 → AKT Ser473, избегая парадоксальной активации AKT, которая ограничивает рапалоги. Однако они имеют более широкий профиль токсичности, и превосходный терапевтический индекс, ожидаемый от полной блокады mTOR, не всегда проявляется клинически.
Какие виды рака имеют активирующие мутации киназы mTOR и можно ли на них воздействовать?
Мутации активирующего киназного домена mTOR встречаются примерно в 5% светлоклеточной почечноклеточной карциномы (наиболее часто E2014K, E2419K, L2427Q в области FATC киназного домена), примерно в 7% случаев рака мочевого пузыря и иногда при раке эндометрия и молочной железы. Эти мутации создают конститутивную активность киназы mTOR, независимую от входного сигнала RHEB-GTP. Ретроспективный анализ показывает, что пациенты с почечно-клеточной карциномой с активирующими мутациями mTOR получают большую пользу от эверолимуса по сравнению с опухолями mTOR дикого типа, что согласуется с онкогенной зависимостью от активности киназы mTOR. Это представляет собой новый молекулярный биомаркер для выбора ингибитора mTOR, хотя проспективная валидация в специальных исследованиях, посвященных выбору биомаркеров, продолжается.