四川大学Cell Res发表mTOR新研究

【字体: 时间:2015年11月24日 来源:生物通

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  十一月二十日,来自四川大学、滨州医学院、成都中医药大学、中科院微生物研究所的研究人员,在Nature子刊《Cell Research》发表的研究中,研究人员将mTOR确定为一个双重特异性激酶,磷酸化并激活IGF-IR/InsR。

  

生物通报道:哺乳动物类雷帕霉素靶蛋白(mTOR)是控制不同细胞过程的mTORC1和mTORC2复合物的一个核心组件。mTORC1和mTORC2调控着I型胰岛素样生长因子受体(IGF-IR)和胰岛素受体(InsR)下游的几个元件。然而,mTOR是否以及如何调控IGF-IR和InsR,还是未知的。延伸阅读:南方医白晓春连发mTOR研究成果

十一月二十日,来自四川大学、滨州医学院、成都中医药大学、中科院微生物研究所的研究人员,在Nature子刊《Cell Research》发表题为“mTORC2 promotes type I insulin-like growth factor receptor and insulin receptor activation through the tyrosine kinase activity of mTOR”的研究成果。在这项研究中,研究人员将mTOR确定为一个双重特异性激酶,磷酸化并激活IGF-IR/InsR。

本文通讯作者是四川大学华西医学院肿瘤学教授蒋扬富,其早年毕业于华西医科大学,在中国协和医科大学分别获得了硕士、博士学位。曾在美国纽约Long Island Jewish Medical Center 做博士后研究及任Research Scientist。2005年至今任四川大学华西临床医学院肿瘤学教授,四川大学华西医院外科肿瘤分子生物学研究室主任。主要研究方向为生长因子和激素受体信号传导;乳腺发育与癌变;肿瘤复发与转移机制,研究成果多次发表在Cancer Research、Oncogene等学术期刊。

mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸激酶,集成来自养分、应力和生长因子的信号,从而调节细胞的代谢、增殖、细胞自噬和迁移。mTOR与多种蛋白相互作用,形成两个复合物称为mTOR复合物1(mTORC1)和mTOR复合物2(mTORC2)。Raptor和PRAS40对mTORC1具有特异性,而rictor、mSIN1和protor1/2是mTORC2中的特定组件。mTORC1主要作为能量和氧化还原传感器,通过两个具有特色的靶标——p70-s6激酶1(S6K1)和真核起始因子4E结合蛋白1,控制蛋白质的合成。

此外,mTORC1通过S6K1间接磷酸化氨甲酰磷酸合成酶2,从而刺激核苷酸的合成。另一方面,mTORC2通过刺激F肌动蛋白应力纤维和RhoGTP酶,调节细胞骨架。mTORC2也磷酸化丝氨酸残基S4736上的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶Akt/PKB。虽然雷帕霉素可以通过去抑制mTORC2,诱导Akt激活,但是延长雷帕霉素治疗,可能会抑制mTORC2装配和某些细胞类型的Akt活化。此外,mTORC2被证明调节蛋白激酶Cα和血清/糖皮质激素诱导的蛋白激酶18。

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最近,有研究发现,mTORC1及其下游效应物S6K1可通过rictor和sin1磷酸化,负向调节mTORC2,从而表明这两种复合物之间存在一个调控环节。此外,延长雷帕霉素(主要抑制mTORC1的一种抗生素产品)治疗,可导致ERK1/2的磷酸化。雷帕霉素诱导Akt和ERK1/2磷酸化的机制,可能与胰岛素受体底物1(IRS1)的稳定性有关。

众所周知,mTORC1可感知来自生长因子的信号,如胰岛素和胰岛素样生长因子(IGF-I和IGF-II)。IGF-IR是一种跨膜酪氨酸激酶,一旦与IGF结合后就被磷酸化和激活,从而作为一个生长促进因子。然而,II型胰岛素样生长因子受体(受体),缺乏内在的激酶活性,并负向调节循环的和局部的IGF-II水平,从而作为一种生长抑制因子。InsR或IGF-IR存在于二聚体。此外,一半的InsR和一半的IGF-IR可以形成异源二聚体受体,与IGF-I结合,但不与胰岛素结合。通过IGF-IR / InsR的信号主要是由接头分子介导的,包括IRS1、IRS2、Shc和Grb。IRS1和IRS2包含多个酪氨酸磷酸化的基序,作为含有SH2结构域的蛋白的停靠位点,这反过来又激活信号转导通路,如PI3K和MAPK / ERK通路。

虽然mTORC1作为IGF/胰岛素信号通路下游的效应物,并引出IRS1的反馈抑制和Grb10的稳定性,但mTORC2可能通过磷酸化IGF-II mRNA结合蛋白以促进IGFⅡ翻译,而正向调节IGF信号。此外,在小鼠中破坏mTORC2可导致胰岛素抵抗。mTORC2也通过Fbw8介导的降解,负反馈到IRS1。尽管有少数研究提供证据支持,mTOR参与IGF/insulin信号,但是,IGF-IR和InsR一直未被看作是mTOR直接调控的膜受体。

在这项研究中,研究人员表明,mTOR具有意想不到的酪氨酸激酶活性,并激活胰岛素受体IGF-IR/ InsR。雷帕霉素可诱导酪氨酸磷酸化和IGF-IR/InsR的活化,这在很大程度上依赖于rictor和mTOR。此外,mTORC2可促进IGF-IR/InsR的配体诱导活化。在rictor无效的细胞中,IGF-和胰岛素诱导的IGF-IR/InsR磷酸化是显著受抑制的。胰岛素受体底物(IRS)与SIN1直接相互作用,从而将mTORC2招募到IGF-IR/ InsR,并促进雷帕霉素或配体诱导的IGF-IR/InsR磷酸化。mTOR对一般的酪氨酸激酶底物聚(Glu-Tyr)和IGF-IR/InsR表现出酪氨酸激酶活性。重组mTOR和免疫沉淀的mTOR2可分别磷酸化Tyr1131 / 1136和tyr1146/ 1151 上的IGF-IR和InsR。

通过对激酶死亡的IGF-IR / INSR突变体进行分析,研究人员确定,这些影响是独立于IGF-IR / INSR固有的激酶活性。而来自rictor+/+ MCF-10A细胞的rictor和mTOR免疫沉淀,对IGF-IR和InsR表现出酪氨酸激酶活性,来自Rictor−/−MCF-10A细胞的mTOR免疫沉淀则不能诱导IGF-IR和InsR磷酸化。

InsR中IGF-IR或Tyr1146的Tyr1131残基的磷酸化缺陷突变,可抑制mTOR对IGF-IR / INSR的激活。最后,rictor的过表达可促进IGF诱导的细胞增殖。这项研究将mTOR确定为双特异性的激酶,并阐明了mTORC2如何促进IGF-IR /InsR的活化。

(生物通:王英)

生物通推荐原文摘要:
mTORC2 promotes type I insulin-like growth factor receptor and insulin receptor activation through the tyrosine kinase activity of mTOR
Abstract: Mammalian target of rapamycin (mTOR) is a core component of raptor-mTOR (mTORC1) and rictor-mTOR (mTORC2) complexes that control diverse cellular processes. Both mTORC1 and mTORC2 regulate several elements downstream of type I insulin-like growth factor receptor (IGF-IR) and insulin receptor (InsR). However, it is unknown whether and how mTOR regulates IGF-IR and InsR themselves. Here we show that mTOR possesses unexpected tyrosine kinase activity and activates IGF-IR/InsR. Rapamycin induces the tyrosine phosphorylation and activation of IGF-IR/InsR, which is largely dependent on rictor and mTOR. Moreover, mTORC2 promotes ligand-induced activation of IGF-IR/InsR. IGF- and insulin-induced IGF-IR/InsR phosphorylation is significantly compromised in rictor-null cells. Insulin receptor substrate (IRS) directly interacts with SIN1 thereby recruiting mTORC2 to IGF-IR/InsR and promoting rapamycin- or ligand-induced phosphorylation of IGF-IR/InsR. mTOR exhibits tyrosine kinase activity towards the general tyrosine kinase substrate poly(Glu-Tyr) and IGF-IR/InsR. Both recombinant mTOR and immunoprecipitated mTORC2 phosphorylate IGF-IR and InsR on Tyr1131/1136 and Tyr1146/1151, respectively. These effects are independent of the intrinsic kinase activity of IGF-IR/InsR, as determined by assays on kinase-dead IGF-IR/InsR mutants. While both rictor and mTOR immunoprecitates from rictor+/+ MCF-10A cells exhibit tyrosine kinase activity towards IGF-IR and InsR, mTOR immunoprecipitates from rictor−/− MCF-10A cells do not induce IGF-IR and InsR phosphorylation. Phosphorylation-deficient mutation of residue Tyr1131 in IGF-IR or Tyr1146 in InsR abrogates the activation of IGF-IR/InsR by mTOR. Finally, overexpression of rictor promotes IGF-induced cell proliferation. Our work identifies mTOR as a dual-specificity kinase and clarifies how mTORC2 promotes IGF-IR/InsR activation.

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