Kinaza mTOR

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Diagram wstążkowy kompleksu FKBP12 (kolor niebieski) - rapamycyna (różowy) oddziałującego z domeną wiążącą kinazy mTOR (czerwony)

Kinaza mTOR, tzw. ssaczy cel rapamycyny (ang. mammalian target of rapamycin kinase; inne nazwy: FKBP12-rapamycin complex associated protein 1; FRAP1) – kinaza białkowa treoninowo-serynowa, której funkcją jest regulacja wzrostu, proliferacji i ruchu komórki, a także procesów translacji i transkrypcji[1][2].

Kinaza mTOR integruje także wiele szlaków sygnalizacyjnych komórki, w tym szlak insulinowy i czynników wzrostu, jak insulinopodobny czynnik wzrostu 1 i 2, oraz szlak mitogenów[1]. mTOR funkcjonuje również jako sensor komórkowego poziomu związków energetycznych, poziomu ATP[3] i stanu redoks[4]. Dysregulacja szlaku kinazy mTOR może być czynnikiem patogenezy różnych chorób człowieka, zwłaszcza nowotworów[2]. Rapamycyna jest otrzymanym z bakterii białkiem, które hamuje kinazę mTOR przez związanie się z wewnątrzkomórkowym receptorem FKBP12[5][6]. Kompleks FKBP12-rapamycyna wiąże się bezpośrednio do domeny wiążącej cząsteczki kinazy mTOR, zwanej domeną FRB (FKBP12-rapamycin binding)[6] .

Kinaza mTOR funkcjonuje jako katalityczna podjednostka w dwóch różnych kompleksach białkowych, mTORC1 i mTORC2[7].

Inhibitory kinazy mTOR używane są w transplantologii jako leki immunosupresyjne, zapobiegające odrzuceniu przeszczepu. Prowadzone są również badania kliniczne nad ich wykorzystaniem w terapii nowotworów i stwardnienia guzowatego.

mTORC1[edytuj | edytuj kod]

Schemat przedstawiający funkcję kompleksu mTORC1 w komórce. Objaśnienia skrótów: PI3K - kinaza fosfatydyloinozytolu; PDK1 - 3-fosfatydyloinozytydozależna kinaza białkowa 1; Akt - kinaza Akt; GAP - białko aktywujące GTPazę; AMPK - kinaza aktywowana przez AMP; PIP2 - 4,5-bisfosforan fosfatydyloinozytolu; PIP3 - 3,4,5-trifosforan fosfatydyloinozytolu; P oznacza przyłączaną przez kinazy resztę fosforanową

Kompleks 1 kinazy mTOR (mTORC1) składa się z kinazy mTOR, białka raptor (ang. regulatory associated protein of mTOR), i białka mLST8/GβL (mammalian LST8/G-protein β-subunit like protein)[8][9]. Kompleksowi temu przypisuje się funkcję komórkowego sensora związków energetycznych-ATP-stanu redoks i funkcję regulowania syntezy białek[8][1]. Aktywność kompleksu mTORC1 jest stymulowana przez insulinę, czynniki wzrostu, czynniki osoczowe, kwas fosfatydylowy, aminokwasy (zwłaszcza leucynę) i stres oksydacyjny[8][10].

mTORC1 jest hamowany przez niski poziom związków energetycznych w komórce, niski poziom czynników wzrostu, niski potencjał redoks komórki, kofeinę, rapamycynę, kwas farnezylotiosalicylowy (FTS) i kurkuminę[8][11][2]. Dwoma najlepiej scharakteryzowanymi substratami kompleksu mTORC1 są kinaza p70-S6 (S6K1) i białko wiążące eukariotyczny czynnik inicjacji translacji 4E (eIF4E binding protein 1, 4E-BP1)[1].

mTORC1 fosforyluje S6K1 na przynajmniej dwóch resztach aminokwasowych, z których najbardziej kluczowa jest fosforylacja reszty treoninowej T389.[12][13] Reakcja ta stymuluje następnie fosforylację białka S6K1 przez kinazę PDK1[13][14]. Aktywowana kinaza S6K1 może wtedy stymulować inicjację syntezy białek przez fosforylację rybosomalnego białka S6 i innych białek biorących udział w translacji mRNA[15]. S6K1 może też brać udział w pętli dodatniego sprzężenia zwrotnego, fosforylując cząsteczkę kinazy mTOR w miejscach jej reszt treoninowej T2446 i serynowej S2448, znajdujących się w regulatorowej domenie kinazy mTOR; wydaje się, że fosforylacja ta zwiększa aktywność enzymu[16][17].

mTORC1 fosforyluje przynajmniej cztery reszty aminokwasowe białka 4E-BP1 w hierarchicznym porządku[18][5][19]. Niefosforylowane białko 4E-BP1 wiąże się silnie z czynnikiem inicjacji transkrypcji eIF4E, zapobiegając jego związaniu do kapu przy 5'-końcu mRNA i rekrutacji do rybosomalnego kompleksu inicjacyjnego[20]. Wskutek fosforylacji przez mTORC1 4E-BP1 uwalnia białko eIF4E, które może wtedy pełnić swoje funkcje w komórce, co prowadzi do inicjacji translacji[20]. Wydaje się, że aktywność mTORC1 jest regulowana przez dynamiczne interakcje między kinazą mTOR i białkiem raptor, w których pośredniczy białko GβL[8][9]. Raptor i kinaza mTOR są związane silnym oddziaływaniem blisko N-końca i słabszym bliżej C-końca, w pobliżu domeny o aktywności enzymatycznej białka mTOR[8]. Kiedy przekazany jest sygnał stymulujący kinazę mTOR, taki jak wysoki poziom ATP w komórce, wiązanie bliżej C-końca ulega osłabieniu i, prawdopodobnie, całkiem zanika, co uwalnia domenę o aktywności kinazy i pozwala białku mTOR na jego enzymatyczne działania. W przypadku negatywnego sygnału, takiego jak niski poziom składników odżywczych w komórce, wiązanie mTOR-raptor bliżej C-końca staje się silniejsze, wyłączając aktywność kinazową białka mTOR[8].

mTORC2[edytuj | edytuj kod]

Kompleks mTORC2 składa się z kinazy mTOR, białka rictor (ang. rapamycin-insenstivie companion of mTOR), białka GβL, i białka związanego z aktywowaną stresem kinazą białkową ssaków 1 (mammalian stress-activated protein kinase interacting protein 1, mSIN1)[21][22]. Wykazano, że mTORC2 funkcjonuje jako istotny czynnik regulujący funkcje cytoszkieletu komórki, przez interakcje z białkami F-aktyną, paksyliną, RhoA, Rac1, Cdc42 i kinazą białkową Cα (PKCα)[22]. Wykazano także, że mTORC2 działa jak 'kinaza białkowa D' (PDK2), fosforylując resztę serynową S473 kinazy białkowej serynowo-treoninowej Akt/PKB. Reakcja ta stymuluje fosforylację Akt przez PDK1 na reszcie treoninowej T308 i prowadzi do pełnego uaktywnienia kinazy Akt[23][24].

mTORC2 jest najprawdopodobniej regulowany przez insulinę, czynniki wzrostu, czynniki osocza, i poziom związków odżywczych[21]. Początkowo uważano, że aktywność kompleksu mTORC2 jest niewrażliwa na rapamycynę, ponieważ ekspozycja na duże stężenia rapamycyny nie wpływała na proces fosforylacji kinazy Akt[23]. Jednakże dalsze badania wykazały, że przy przewlekłym działaniu rapamycyny co prawda nie wpływa ona na funkcjonowanie kompleksu mTORC2, ale wiąże się do wolnych cząsteczek kinazy mTOR, co uniemożliwia tworzenie się nowych kompleksów mTORC2[25]. Wykazano też, że kurkumina może hamować zależną od mTORC2 fosforylację kinazy Akt w miejscu reszty serynowej S473, z następczym brakiem fosforylacji zależnej od PKD1 na reszcie treoniny T308[2].

Inne funkcje mTOR[edytuj | edytuj kod]

Kinaza mTOR zaangażowana jest także w apoptozę indukowaną przez glikoproteinę Env wirusa HIV-1[26]. Badanie immunohistochemiczne wykazało w komórkach syncytialnych obwodowej strefy (komórek T) węzłów chłonnych i w jednojądrowych komórkach krwi obwodowej obecność zarówno ufosforylowanego na reszcie serynowej S15 białka P53, jak i markera tkankowego apoptozy, transglutaminazy (TGM2). Analiza ilościowa testu immunoblot dowiodła, że fosforylacja reszty serynowej S15 białka P53 przeprowadzana jest przez kinazę mTOR, ale nie przez inne zależne od fosfatydyloinozytolu kinazy i że towarzyszy jej zahamowanie aktywności fosfatazy białkowej 2A. Reakcję fosforylacji znacząco hamowała rapamycyna. Metodami immunofluorescencyjnymi wykazano akumulację białka kinazy mTOR w jądrach komórek syncytialnych, poprzedzajacą fosforylację białka P53. Następnymi po fosforylacji P53 etapami szlaku apoptozy w tych komórkach są: aktywacja białka BAX, zwiększenie przepuszczalnosci błony mitochondrialnej, uwolnienie cytochromu C i aktywacja kaskady kaspaz[26].

Gen kinazy mTOR[edytuj | edytuj kod]

Gen FRAP kodujący białko mTOR znajduje się na krótkim ramieniu chromosomu 1. Badanie cytogenetyczne metodą FISH wykazało, że locus genu FRAP to 1p36[27], potem dokładniejsze mapowanie określiło locus na 1p36.2. Wiadomo, że jest to fragment chromosomu 1 ulegający bardzo często delecji w komórkach neuroblastoma[28]. Ustalono kolejność genów w regionie 1p36, która przedstawia się następująco (kierunek od telomeru do centromeru): CDC2L1--PTPRZ2--ENO1--PGD--XBX1--FRAP2(FRAP1)--CD30[29]. Znane są homologiczne geny w komórkach licznych eukariontów, między innymi drożdży Saccharomyces cerevisiae (geny TOR1 i TOR2), nicienia Caenorhabditis elegans, muszki owocowej i szczurów (RAFT1).

Inhibitory kinazy mTOR jako leki[edytuj | edytuj kod]

Inhibitory kinazy mTOR są używane jako leki immunosupresyjne w transplantologii. Podjęto również pierwsze próby kliniczne zastosowania ich w terapii nowotworów i stwardnienia guzowatego. Sugerowano również użycie inhibitorów mTOR w leczeniu chorób nowotworowych spowodowanych mutacją w genie PTEN: choroby Lhermitte'a-Duclosa i glejaka wielopostaciowego[30].

Inhibitorami kinazy mTOR o udowodnionej skuteczności klinicznej w onkologi, są ewerolimus[31] i temsyrolimus[32].

Refundacja w Polsce[edytuj | edytuj kod]

Ewerolimus jest refundowany przez NFZ w ramach programów lekowych "Leczenie raka wątrobokomórkowego (ICD-10 C 22.0)"[33] i "Leczenie raka nerki (ICD-10 C 64)"[34]. Program lekowy leczenia zaawansowanego raka nerkowokomórkowego temsyrolimusem nie uzyskał pozytywnego stanowiska Rady Przejrzystości Agencji Oceny Technologii Medycznych i został negatywnie zarekomendowany przez prezesa AOTM[35].

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 Hay, N, Sonenberg, N. Upstream and downstream of mTOR. „Genes Dev”. 18. 16, s. 1926-1945, 2004. PMID 15314020. 
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 Beevers, C, Li, F, Liu, L, Huang, S. Curcumin inhibits the mammalian target of rapamycin-mediated signaling pathways in cancer cells. „Int J Cancer”. 119. 4, s. 757-764, 2006. PMID 16550606. 
  3. Dennis, PB, Jaeschke, A, Saitoh, M, Fowler, B, Kozma, SC, Thomas, G. Mammalian TOR: a homeostatic ATP sensor. „Science”. 294, s. 1102-1105, 2001. PMID 11691993. 
  4. Tokunaga, C, Yoshino, K, Yonezawa, K. mTOR integrates amino acid- and energy-sensing pathways. „Biochem Biophys Res Commun”. 313. 2, s. 443-446, 2004. PMID 14684182. 
  5. 5,0 5,1 Huang S, Houghton P. Mechanisms of resistance to rapamycins. „Drug Resist Updat”. 4. 6, s. 378-391, 2001. PMID 12030785. 
  6. 6,0 6,1 Huang S, Bjornsti M, Houghton P. Rapamycins: mechanism of action and cellular resistance. „Cancer Biol Ther”. 2. 3, s. 222-32, 2003. PMID 12878853. 
  7. Wullschleger S, Loewith R, Hall M. TOR signaling in growth and metabolism. „Cell”. 124. 3, s. 471-84, 2006. PMID 16469695. 
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 8,5 8,6 Kim D, Sarbassov D, Ali S, King J, Latek R, Erdjument-Bromage H, Tempst P, Sabatini D. mTOR interacts with raptor to form a nutrient-sensitive complex that signals to the cell growth machinery. „Cell”. 110. 2, s. 163-75, 2002. PMID 12150925. 
  9. 9,0 9,1 Kim D, Sarbassov D, Ali S, Latek R, Guntur K, Erdjument-Bromage H, Tempst P, Sabatini D. GbetaL, a positive regulator of the rapamycin-sensitive pathway required for the nutrient-sensitive interaction between raptor and mTOR. „Mol Cell”. 11. 4, s. 895-904, 2003. PMID 12718876. 
  10. Fang, Y, Vilella-Bach, M, Bachmann, R, Flanigan, A, Chen, J. Phosphatidic acid-mediated mitogenic activation of mTOR signaling. „Science”. 294. 5548, s. 1942-1945, 2001. PMID 11729323. 
  11. McMahon L, Yue W, Santen R, Lawrence J. Farnesylthiosalicylic acid inhibits mammalian target of rapamycin (mTOR) activity both in cells and in vitro by promoting dissociation of the mTOR-raptor complex. „Mol Endocrinol”. 19. 1, s. 175-83, 2005. PMID 15459249. 
  12. Saitoh M, Pullen N, Brennan P, Cantrell D, Dennis P, Thomas G. Regulation of an activated S6 kinase 1 variant reveals a novel mammalian target of rapamycin phosphorylation site. „J Biol Chem”. 277. 22, s. 20104-20112, 2002. PMID 11914378. 
  13. 13,0 13,1 Pullen, N, Thomas, G. The modular phosphorylation and activation of p70s6k. „FEBS Lett”. 410. 1, s. 78-82, 1997. PMID 9247127. 
  14. Pullen, N, Dennis, P, Andjelkovic, M, Dufner, A, Kozma, S, Hemmings, B, Thomas, G. Phosphorylation and activation of p70s6k by PDK1. „Science”. 279. 5351, s. 707-10, 1998. PMID 9445476. 
  15. Peterson, R, Schreiber, S. Translation control: connecting mitogens and the ribosome. „Curr Biol”. 8. 7, s. R248-50, 1998. PMID 9545190. 
  16. Chiang, G, Abraham, R. Phosphorylation of mammalian target of rapamycin (mTOR) at Ser-2448 is mediated by p70S6 kinase. „J Biol Chem”. 280. 27, s. 25485-25490, 2005. PMID 15899889. 
  17. Holz, M, Blenis, J. Identification of S6 kinase 1 as a novel mammalian target of rapamycin (mTOR)-phosphorylating kinase. „J Biol Chem”. 280. 28, s. 26089-26093, 2005. PMID 15905173. 
  18. Gingras A, Gygi S, Raught B, Polakiewicz R, Abraham R, Hoekstra M, Aebersold R, Sonenberg N. Regulation of 4E-BP1 phosphorylation: a novel two-step mechanism. „Genes Dev”. 13. 11, s. 1422-1437, 1999. PMID 10364159. 
  19. Mothe-Satney, I, Brunn, G, McMahon, L, Capaldo, C, Abraham, R, Lawrence, J. Mammalian target of rapamycin-dependent phosphorylation of PHAS-I in four (S/T)P sites detected by phospho-specific antibodies. „J Biol Chem”. 275. 43, s. 33836-33843, 2000. PMID 10942774. 
  20. 20,0 20,1 Pause, A, Belsham, G, Gingras, A, Donzé, O, Lin, T, Lawrence, J, Sonenberg, N. Insulin-dependent stimulation of protein synthesis by phosphorylation of a regulator of 5'-cap function. „Nature”. 371. 6500, s. 762-767, 1994. PMID 7935836. 
  21. 21,0 21,1 Frias M, Thoreen C, Jaffe J, Schroder W, Sculley T, Carr S, Sabatini D. mSin1 is necessary for Akt/PKB phosphorylation, and its isoforms define three distinct mTORC2s. „Curr Biol”. 16. 18, s. 1865-1670, 2006. PMID 16919458. 
  22. 22,0 22,1 Sarbassov, D, Ali, S, Kim, D, Guertin, D, Latek, R, Erdjument-Bromage, H, Tempst, P, Sabatini, D. Rictor, a novel binding partner of mTOR, defines a rapamycin-insensitive and raptor-independent pathway that regulates the cytoskeleton. „Curr Biol”. 14. 14, s. 1296-1302, 2004. PMID 15268862. 
  23. 23,0 23,1 Sarbassov, D, Guertin, D, Ali, S, Sabatini, D. Phosphorylation and regulation of Akt/PKB by the rictor-mTOR complex. „Science”. 307. 5712, s. 1098-1101, 2005. PMID 15718470. 
  24. Stephens L, Anderson K, Stokoe D, Erdjument-Bromage H, Painter G, Holmes A, Gaffney P, Reese CB, McCormick F, Tempst P, Coadwell J, Hawkins P. Protein kinase B kinases that mediate phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate-dependent activation of protein kinase B. „Science”. 279. 5351, s. 710-714, 1998. doi:10.1126/science.279.5351.710. PMID 9445477. 
  25. Sarbassov, D, Ali, S, Sengupta, S, Sheen, J, Hsu, P, Bagley, A, Markhard, A, Sabatini, D. Prolonged rapamycin treatment inhibits mTORC2 assembly and Akt/PKB. „Mol Cell”. 22. 2, s. 159-168, 2006. PMID 16603397. 
  26. 26,0 26,1 Castedo M, Ferri KF, Blanco J, Roumier T, Larochette N, Barretina J, Amendola A, Nardacci R, Metivier D, Este JA, Piacentini M, Kroemer G. Human immunodeficiency virus 1 envelope glycoprotein complex-induced apoptosis involves mammalian target of rapamycin/FKBP12-rapamycin-associated protein-mediated p53 phosphorylation. „The Journal of Experimental Medicine”. 194. 8, s. 1097-1110, 2001. PMID 11602639. 
  27. Moore PA, Rosen CA, Carter KC. Assignment of the human FKBP12-rapamycin-associated protein (FRAP) gene to chromosome 1p36 by fluorescence in situ hybridization. „Genomics”. 33. 2, s. 331-332, 1996. PMID 8660990. 
  28. Lench NJ, Macadam R, Markham AF. The human gene encoding FKBP-rapamycin associated protein (FRAP) maps to chromosomal band 1p36.2. „Human Genetics”. 99. 4, s. 547-549, 1997. PMID 9099849. 
  29. Onyango, P, Lubyova, B, Gardellin, P, Kurzbauer, R, Weith, A. Molecular cloning and expression analysis of five novel genes in chromosome 1p36. „Genomics”. 50. 2, s. 187-198, 1998. PMID 9653645. 
  30. Kwon C-H, Zhu X, Zhang J, Baker SJ. mTor is required for hypertrophy of Pten-deficient neuronal soma in vivo. „Proc Nat Acad Sci”. 100, s. 12923-12928, 2003. PMID 14534328. 
  31. Afinitor. European Medicines Agency, 2010-04-15 (ostatnia aktualizacja: 2013-01-25). [dostęp 2013-12-18].
  32. Torisel. European Medicines Agency, 2009-09-22 (ostatnia aktualizacja: 2012-10-04). [dostęp 2013-12-18].
  33. Obwieszczenie Ministra Zdrowia z dnia 24 kwietnia 2013 r. w sprawie wykazu refundowanych leków, środków spożywczych specjalnego przeznaczenia żywieniowego oraz wyrobów medycznych na dzień 1 maja 2013 r. Opis programu w załączniku B.5.
  34. Obwieszczenie Ministra Zdrowia z dnia 24 kwietnia 2013 r. w sprawie wykazu refundowanych leków, środków spożywczych specjalnego przeznaczenia żywieniowego oraz wyrobów medycznych na dzień 1 maja 2013 r. Opis programu w załączniku B.10.
  35. Zlecenie Ministra Zdrowia RP nr 042/2013 w sprawie objęcia refundacją produktu leczniczego Torisel (temsyrolimus) w ramach programu lekowego „Leczenie temsyrolimusem zaawansowanego raka nerkowokomórkowego w grupie chorych o niekorzystnym rokowaniu (ICD-10: C64)”. Agencja Oceny Technologii Medycznych, 2013-05-27. [dostęp 2013-12-18].

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]