哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，為PIKK蛋白質(zhì)家族成員之一，被多種刺激因素激活后，以mTORC1和mTORC2兩種復(fù)合物的形式介導(dǎo)下游通路，調(diào)節(jié)包括蛋白質(zhì)合成、新陳代謝、細(xì)胞自噬與細(xì)胞存活在內(nèi)的各種生理活動。上述提到的mTORC1由mTOR、Raptor、mLST8、Deptor、PRAS40組成，而mTORC2則由mTOR、Rictor、mLST8、mSin1、PRR5組成。

mTOR上下游涉及的信號通路超30個，交互關(guān)系錯綜復(fù)雜，這里我們簡化了一個示意圖（圖1）。從圖中可以看出，激活mTOR通路的因素有很多，包括細(xì)胞營養(yǎng)、能量狀態(tài)、氧氣水平、機械刺激、氨基酸和激素生長因子等。這些刺激因素通過上游信號通路（如：AMPK、MAPK或PI3K/Akt等）激活mTORC1或mTORC2復(fù)合物，而后作用于下游效應(yīng)分子。下游效應(yīng)分子中的CLIP-170與微管蛋白組裝有關(guān)，Grb10、Lipin-1與脂類代謝相關(guān)，ATG1與細(xì)胞自噬相關(guān)聯(lián)，4E-BP、eIF4E、S6K、eIF4B與蛋白質(zhì)合成有關(guān)，Rho和PKC與細(xì)胞骨架有密切聯(lián)系，SGK1則與細(xì)胞存活所關(guān)聯(lián)。

正因如此，mTOR能調(diào)節(jié)各種細(xì)胞生理活動，參與多種人類疾病的發(fā)生與發(fā)展，如心血管疾病、糖脂代謝障礙、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、癌癥等。探清mTOR通路中與疾病有關(guān)的基因和致病機制有助于找出更多的潛在藥物靶點。下面給大家介紹幾個mTOR通路基因與疾病研究相關(guān)的案例。

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DEPTOR抑制ESCC細(xì)胞的腫瘤發(fā)生，成為人類ESCC的潛在治療靶點或預(yù)后標(biāo)志物

作為一種能抑制mTORC1和mTORC2激酶活性的mTOR結(jié)合蛋白，DEPTOR表達(dá)的上調(diào)在結(jié)直腸癌、肝癌、多發(fā)性骨髓瘤和胰腺癌中均有抗腫瘤活性。大量實驗表明，DEPTOR表達(dá)的下調(diào)會激活A(yù)kt/mTOR通路，直接磷酸化下游的SGK1及其底物NDRG1，從而促進(jìn)腫瘤的增殖。Ji等人[2]發(fā)現(xiàn)在人類ESCC患者腫瘤組織中的表達(dá)顯著降低，并稱DEPTOR的表達(dá)下調(diào)可作為ESCC的預(yù)后標(biāo)志物。不僅如此，他們還發(fā)現(xiàn)DEPTOR的表達(dá)對ESCC細(xì)胞系（KYSE150、KYSE510和KYSE190）的致瘤活性具有負(fù)向調(diào)節(jié)作用。使用CRISPR/Cas9介導(dǎo)DEPTOR敲除會顯著促進(jìn)ESCC細(xì)胞系增殖、遷移和侵襲。且體內(nèi)試驗進(jìn)一步顯示，與未處理的?KYSE150?細(xì)胞相比，DEPTOR 異位表達(dá)的 KYSE150?細(xì)胞生長受到顯著抑制，而DEPTOR敲除KYSE-510細(xì)胞的增殖、遷移與侵襲則得到顯著增強。最重要的是：經(jīng)生化檢驗發(fā)現(xiàn)，在DEPTOR 過表達(dá)的KYSE150中，Akt、mTOR 和下游 SGK1 的磷酸化均下調(diào)，這表明DEPTOR的過表達(dá)可以抑制Akt/mTOR 通路，從而控制ESCC的進(jìn)展。

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mTORC2?特異性抑制劑開發(fā)新途徑——破壞mTOR-mLST8相互作用

眾所周知，mLST8存在于mTORC1和mTORC2復(fù)合物中，但對于mLST8如何促進(jìn)mTOR?復(fù)合物的組裝和維持其活性則知之甚少。Hwang等人[3]設(shè)計了靶向MLST8外顯子2、4和7的sgRNA，通過CRISPR/Cas9介導(dǎo)獲得MLST8基因敲除的293T細(xì)胞系。經(jīng)實驗驗證，MLST8蛋白敲除會影響mTORC2與RICTOR和SIN1的組裝，從而消除mTORC2的活性，但對mTORC1的活性無影響。同時，Hwang等人還通過CRISPR/Cas9技術(shù)同源重組修復(fù)構(gòu)建了mTOR?的突變體，確定了mTOR和MLST8的相互作用位點。并對SIN1編碼基因MAPKAP1進(jìn)行CRISPR/Cas9基因編輯產(chǎn)生了SIN1敲除的293T?細(xì)胞，證實了mLST8是mTORC2中mTOR和SIN1之間的分子橋梁。這也表明破壞mTOR-mLST8相互作用可能是mTORC2特異性抑制劑設(shè)計新策略。

PRAS40通過抑制內(nèi)皮細(xì)胞中mTORC1依賴性促炎信號傳導(dǎo)來抑制動脈粥樣硬化形成

內(nèi)皮細(xì)胞中促炎信號的激活是動脈粥樣硬化發(fā)生的關(guān)鍵，許多促炎和致動脈粥樣硬化信號都集中在mTOR信號通路上。臨床前研究發(fā)現(xiàn)mTORC1抑制劑可以減少動脈粥樣硬化程度，但會引發(fā)胰島素抵抗和血脂異常等副作用，在臨床的應(yīng)用上頗為受限。Zhang等人[1]選擇了mTORC1?的內(nèi)源調(diào)節(jié)基因PRAS40（AKT1S1）進(jìn)行功能驗證，嘗試找到新的基因靶點。實驗表明，下調(diào)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）中PRAS40的表達(dá)可以激活TNFα誘導(dǎo)的mTORC1信號傳導(dǎo)、促進(jìn)細(xì)胞增殖、上調(diào)炎癥標(biāo)志物及單核細(xì)胞募集水平。相比之下，PRAS40的過表達(dá)會阻斷mTORC1和所有促炎信號的傳導(dǎo)。此外，在動脈粥樣硬化的體內(nèi)模型中，內(nèi)皮特異性PRAS40基因敲除的小鼠顯示出內(nèi)皮促炎激活反應(yīng)的增強以及新內(nèi)膜增生和動脈粥樣硬化病變形成的增加。這些數(shù)據(jù)表明?PRAS40?通過抑制內(nèi)皮mTORC1介導(dǎo)的促炎信號傳導(dǎo)來抑制動脈粥樣硬化。結(jié)合其對代謝穩(wěn)態(tài)的有利影響，PRAS40?成為治療動脈粥樣硬化的潛在靶點。

mTOR在疾病進(jìn)程及治療研究方面有著強大的潛力，驗證這些作用機制可能需要用到大量的基因敲除細(xì)胞或過表達(dá)細(xì)胞，源井生物近期上新mTOR信號通路基因敲除細(xì)胞，文獻(xiàn)中提到的PRAS40（AKT1S1）、DEPTOR、mLST8、SIN1（MAPKAP1）及其他mTOR信號通路相關(guān)基因（如DVL1、TSC1、SGK1）均有KO現(xiàn)貨！超3000種KO細(xì)胞優(yōu)質(zhì)純合速遞快至1周，更有4周KO細(xì)胞極速定制，可復(fù)制鏈接了解詳情>>https://www.ubigene.com/service/cell/knockout.html

參考文獻(xiàn)

[1]Zhang K S, Schecker J, Krull A, et al. PRAS40 suppresses atherogenesis through inhibition of mTORC1-dependent pro-inflammatory signaling in endothelial cells[J]. Scientific reports, 2019, 9(1): 1-13.

[2]Ji YM, Zhou XF, Zhang J, Zheng X, Li SB, Wei ZQ, Liu T, Cheng DL, Liu P, Song K, Tan T, Zhu H, Guo JL. DEPTOR suppresses the progression of esophageal squamous cell carcinoma and predicts poor prognosis. Oncotarget. 2016 Mar 22;7(12):14188-98. doi: 10.18632/oncotarget.7420. PMID: 26893358; PMCID: PMC4924707.

[3]Hwang Y, Kim L C, Song W, et al. Disruption of the Scaffolding Function of mLST8 Selectively Inhibits mTORC2 Assembly and Function and Suppresses mTORC2-Dependent Tumor Growth In VivoSelective Role of mLST8 in mTORC2[J]. Cancer research, 2019, 79(13): 3178-3184.