雷帕霉素靶点(TOR)是一种高度保守的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，在调节细胞生长和新陈代谢中起核心作用。尽管这一靶点在30年前被发现，但经典永不过时，时至今日mTOR依旧是代谢研究中的明星分子。目前，mTOR 的调节和生理作用已得到广泛的研究，但对其直接目标底物的报道较少，这篇近日发表于cell的综述详细解读了mTOR的结构、相关通路及其在底物磷酸化中的作用底物，下面就让我们来跟随这篇文章来重新认识一下mTOR这位“老朋友”吧！

mTORC1与mTORC2

mTOR 是非典型蛋白激酶的磷脂酰肌醇 (PI) 激酶相关激酶 (PIKK) 家族的成员，包括两个功能不同的复合物，mTOR复合物 1 (mTORC1) 和mTORC2。mTORC1 由 mTOR、具有SEC13蛋白 8 (mLST8) 的哺乳动物致死蛋白和mTOR的调节相关蛋白(RAPTOR)组成的异源三聚体。mTORC2是mTOR、mLST8、雷帕霉素不敏感的 mTOR 伴侣(RICTOR) 和哺乳动物应激激活图激酶相互作用蛋白 1 (mSIN1) 组成的异四聚体二聚体。

mTORC1与mTORC2示意图

mTOR信号通路

mTORC1整合营养物质、生长因子和细胞能量输入，以促进合成代谢和细胞生长，同时抑制分解代谢。其中，生长因子通过 PI3K-AKT-TSC 轴激活mTORC1，而能量应激通过AMP活化蛋白激酶 (AMPK) 抑制mTORC1。mTORC2由生长因子通过 PI3K 激活，也受mTORC1的负反馈回路调节。

mTOC的抑制物

雷帕霉素

雷帕霉素与小内源蛋白 FK506 结合蛋白 (FKBP) 形成复合物，FKBP-雷帕霉素结合mTOR中邻近催化裂隙的FRB结构域，从而在空间上阻碍底物进入催化位点。mTORC1 对雷帕霉素非常敏感，但 mTORC2 不敏感。

DEPTOR

mTORC1和mTORC2有一个共同的内源性抑制剂，即DEP结构域中的mTOR相互作用蛋白（DEPTOR）。

PRAS40

mTORC1的特异性内源性抑制物，富含脯氨酸的Akt底物40kda（PRAS40）。

mTOR通路示意图及mTOR的抑制剂

mTORC的底物

现有研究中，明确的mTORC1底物包括S6K，4E-BP，ULK1和TFEB，底物S6K和4E-BP可以被这两种蛋白磷酸化形式的抗体特异性识别；在营养丰富的条件下，mTORC1与ULK复合物相互作用，磷酸化Ser757上的ULK1和Ser259 上的ATG13，从而抑制复合物并因此阻断自噬；TFEB不包含 TOS 基序，通过与 GDP 绑定的 RAG-C/RAG-D 相互作用被招募到 mTORC1。明确的mTORC2底物包括AKT，PKC和SGK，AKT、PKC和SGK的关键磷酸化位点位于激酶结构域的T环（或激活环）和C尾的TM和疏水基序（HM）。

mTORC1和mTORC2相关底物

通过对mTOR文献的全面检索，作者们根据有实验证据表明mTOR直接磷酸化并确定磷酸化位点的文献，整理得出了mTORC底物表，分别发现56个mTORC1和26个mTORC2底物，各包含104个和51个靶磷酸化位点：

mTOR靶标磷酸化基序：S/T-P

基于表一表二中的体内底物，作者们为 mTORC1 和 mTORC2 生成了一个共同的磷酸化基序以及AGC 激酶产生的共识基序（仅限 HM 和 TM）

同时，作者们对SMG/4EBP1/AKT1的结构以及发挥作用时结合的机制做出了详细阐释。

mTOR底物识别：TOS和RAIP

尽管具有相同的催化亚基，mTORC1和 mTORC2磷酸化作用的底物是不同的。mTORC1中，RAPTOR 结合TOS基序，这是一个定义为Φ-X-Φ-(E/D)-Φ 的五个氨基酸序列，其中Φ代表疏水残基，X可以代表任何残基。此外，4E-BP 的RAIP 基序与 TOS 基序协同作用以加强4E-BP与RAPTOR的相互作用。mTORC2中，有证据表明mSIN1中的 CRIM 域负责底物募集，但mTORC2 底物中是否存在相当于TOS或 RAIP的基序仍有待确定。

结语

mTOR能够通过4E-BP和S6K等靶标发挥广泛的作用，但大多数底物如何被识别并募集到mTORC1或mTORC2仍然是未知的，现有研究表明磷酸化基序的弱特异性使得mTOR依赖辅助基序（例如TOS基序）来选择其靶标。目前该领域面临的最大挑战之一是解决TOR复合物的细胞内定位，活细胞成像和标记蛋白可视化的进展为应对这一挑战提供了必要的工具。本综述详细介绍了mTOR的结构、相关通路等，详细介绍了特异性底物如ULK1、TFEB、AKT的结构，并较全面地梳理了目前mTOR的底物，相信可以为研究mTOR的各位提供很好的参考。

 

文章来源：小张聊科研