scholarly journals Profiling of the fetal and adult rat liver transcriptome and translatome reveals discordant regulation by the mechanistic target of rapamycin (mTOR)

2015 ◽  
Vol 309 (1) ◽  
pp. R22-R35 ◽  
Author(s):  
Joan M. Boylan ◽  
Jennifer A. Sanders ◽  
Nicola Neretti ◽  
Philip A. Gruppuso
Keyword(s):  
Liver Regeneration ◽  
Ribosomal Proteins ◽  
Mtor Signaling ◽  
Late Gestation ◽  
Target Of Rapamycin ◽  
Growth Factor Signaling ◽  
Translation Control ◽  
Adult Rats ◽  
Mechanistic Target Of Rapamycin

The mechanistic target of rapamycin (mTOR) integrates growth factor signaling, nutrient abundance, cell growth, and proliferation. On the basis of our interest in somatic growth in the late gestation fetus, we characterized the role of mTOR in the regulation of hepatic gene expression and translation initiation in fetal and adult rats. Our strategy was to manipulate mTOR signaling in vivo and then characterize the transcriptome and translating mRNA in liver tissue. In adult rats, we used the nonproliferative growth model of refeeding after a period of fasting and the proliferative model of liver regeneration following partial hepatectomy. We also studied livers from preterm fetal rats (embryonic day 19) in which fetal hepatocytes are asynchronously proliferating. All three models employed rapamycin to inhibit mTOR signaling. Analysis of the transcriptome in fasted-refed animals showed rapamycin-mediated induction of genes associated with oxidative phosphorylation. Genes associated with RNA processing were downregulated. In liver regeneration, rapamycin induced genes associated with lysosomal metabolism, steroid metabolism, and the acute phase response. In fetal animals, rapamycin inhibited expression of genes in several functional categories that were unrelated to effects in the adult animals. Translation control showed marked fetal-adult differences. In both adult models, rapamycin inhibited the translation of genes with complex 5′ untranslated regions, including those encoding ribosomal proteins. Fetal translation was resistant to the effects of rapamycin. We conclude that the mTOR pathway in liver serves distinct physiological roles in the adult and fetus, with the latter representing a condition of rapamycin resistance.

Nuclear homeostasis in aging and age-related neurodegeneration

2021 ◽  
Author(s):  
Μαργαρίτα-Έλενα Παπανδρέου
Keyword(s):  
Caenorhabditis Elegans ◽  
18S Rrna ◽  
Target Of Rapamycin ◽  
C Elegans ◽  
Mechanistic Target Of Rapamycin ◽  
Age Related

Η αυτοφαγία είναι ένας φυσιολογικός ευκαρυωτικός μηχανισμός που διατηρεί την κυτταρική ομοιόσταση. Είναι το κύριο κυτταρικό καταβολικό μονοπάτι, το οποίο διασπά μακρομόρια όπως πρωτεΐνες, λιπίδια και οργανίδια, μέσω του κύριου αποικοδομητικού οργανιδίου, του λυσοσώματος. Παρόλο που αρχικά θεωρήθηκε ως οδός μαζικής αποδόμησης, τα πρόσφατα στοιχεία υπογραμμίζουν τον ιδιαίτερα επιλεκτικό χαρακτήρα του. Αυτός ο αυστηρά ελεγχόμενος, μηχανισμός λαμβάνει χώρα υπό φυσιολογικές συνθήκες αλλά μπορεί να προκληθεί και από διάφορες μορφές κυτταρικού στρες, όπως η στέρηση θρεπτικών ουσιών, το οξειδωτικό στρες και η βλάβη του DNA. Μπορεί να διαιρεθεί σε τρεις μηχανισμούς, την μακροαυτοφαγία, που αναφέρεται ως αυτοφαγία, την μικροαυτοφαγία και την αυτοφαγία με πρωτεΐνες-συνοδούς. Ο πυρήνας είναι το μεγαλύτερο οργανίδιο του κυττάρου, ωστόσο, οι μηχανισμός στους οποίους βασίζεται η ομοιόστασή του, δηλαδή η ανακύκλωσή του μέσω αυτοφαγίας ή άλλων καταβολικών μονοπατιών δεν είναι γνωστοί. Ο πυρήνας αποτελείται από μια μεγάλη ποικιλία μακρομορίων, τα οποία μπορούν να είναι αποκλειστικά πυρηνικά ή να εναλάσσονται διαρκώς μεταξύ του πυρήνα (νουκλεοπλάσματος) και του κυτταροπλάσματος μέσω της φωσφολιπιδικής διπλoστιβάδας του. Η εσωτερική πυρηνική μεμβράνη αποτελείται κυρίως από τις λαμίνες, τις πρωτεΐνες SUN, την εμερίνη και την ΗΡ1 που αλληλεπιδρά με την χρωματίνη και επηρεάζει τον εντοπισμό της και συνεπώς την γονιδιακή έκφραση. Οι πρωτεΐνες SUN αλληλεπιδρούν με τις νεσπρίνες (SYNEs), οι οποίες είναι πρωτεΐνες εξωτερικής πυρηνικής μεμβράνης που συνδέουν τον πυρήνα με τον κυτταροσκελετό. Οι πρωτεΐνες SUN μαζί με τις νεσπρίνες σχηματίζουν το σύμπλοκο LINC (συνδετήρας του συμπλέγματος πυρηνοσκελετού- κυτταροσκελετού). Οι νεσπρίνες ρυθμίζουν την πυρηνική μεταφορά, το σχήμα του πυρήνα, καθώς και την μεταφορά συστατικών και μακρομορίων μέσα και έξω από τον πυρήνα.Η νουκλεοφαγία περιγράφηκε αρχικά στον σακχαρομύκητα, με δύο μορφές, την τμηματική μικροπυρηνοφαγία (PMN) και την όψιμη πυρηνοφαγία (LN). Έτσι, οι ζυμομύκητες εκτελούν μικροπυρηνοφαγία καθώς και μακροπυρηνοφαγία σε φυσιολογικές συνθήκες ή μετά από πείνα. Στα θηλαστικά από την άλλη, το πυρηνικό LC3 αλληλεπιδρά με την λαμίνη Β μέσω της ειδικής και συγκεκριμένης LIR αλληλουχίας του, την οποία μεταφέρει μαζί με ετεροχρωματίνη στο κυτταρόπλασμα για λυσοσωμική αποδόμηση. Σε αντίθεση με τη ζύμη, η πείνα ή η αναστολή mTOR (mechanistic Target Of Rapamycin) δεν προκαλεί αυτήν την απόκριση με τη λαμίνη, τονίζοντας την ειδικότητα των διαφορετικών μεθόδων νουκλεοφαγίας σε διαφορετικά είδη. Η γενετική αναστολή αυτού του τύπου νουκλεοφαγίας οδηγεί σε πρόωρη γήρανση, αν και ο ακριβής μηχανισμός δεν έχει ακόμη διευκρινιστεί. Επιπρόσθετα, το DNA έχει αποδειχθεί ότι προκαλεί αυτοάνοσες διαταραχές όταν δεν αποδομείται από το λυσοσωμάτιο. Η ανεπάρκεια σε Dnase2a, το ένζυμο που είναι υπεύθυνο για την αποδόμηση του DNA, προκαλεί συσσώρευση DNA εκτός πυρήνα κάτι το οποίο προκαλεί σοβαρή φλεγμονώδη απόκριση μέσω της οδού STING. Η ανεπάρκεια της Dnase2a αποκαλύπτει τη λυσοσωμική κάθαρση του κατεστραμμένου πυρηνικού DNA μέσω αυτοφαγίας. Η συμβολή της δυσλειτουργικής επιλεκτικής αυτοφαγίας στον νευροεκφυλισμό είναι γνωστή, όταν συσσωματώματα πρωτεϊνών και οργανιδίων είναι άμεσο αποτέλεσμα της ελαττωματικής αυτοφαγίας. Οι ασθένειες πολυγλουταμίνης (PolyQ) προκαλούνται από την επέκταση των επαναλήψεων CAG στα γονίδια που κωδικοποιούν τις πρωτεΐνες PolyQ. Η ατροφία του ‘Dentatorubral-pallidoluysian’ που προκαλεί αταξία, άνοια και επιληψία, προκαλείται από μεταλλάξεις ατροφίνης και καταδεικνύει έναν ιδιόμορφο παθολογικό τρόπο πυρηνοφαγίας.
Οι μεταβολές στην πυρηνική μορφολογία αποτελούν σημαντικό χαρακτηριστικό της γήρανσης, των συνδρόμων και άλλων παθολογιών που σχετίζονται με την γήρανση. Η μοριακή βάση και η φυσιολογική σημασία αυτών των αλλαγών παραμένουν ασαφείς. Εδώ, δείχνουμε ότι η πυρηνοφαγία, η αυτοφαγική αποδόμηση του πυρηνικού υλικού, είναι ένας σημαντικός καθοριστικός παράγοντας για το μέγεθος του πυρηνίσκου. Διαπιστώνουμε ότι η πρωτεΐνη αγκύρωσης πυρηνι- κού φακέλου του νηματώδη Caenorhabditis elegans, ANC-1 και οι ορθόλογές της στα θηλαστικά, νεσπρίνη 1 και 2, είναι βασικοί ρυθμιστές της νουκλεοφαγίας. Η εξασθένηση της νουκλεοφαγίας μειώνει την αντίσταση στο στρες και τη μακρο- ζωία, η οποία προκαλείται από ασθενή σηματοδότηση ινσουλίνης και του προσο- μοιάζοντος στην ινσουλίνη αυξητικού παράγοντα (insulin/IGF1). Είναι αξιοσημείωτο ότι η πυρηνοφαγία απαιτείται για τη διατήρηση του μικρού πυρηνίσκου, που είναι ένδειξη μακροζωίας. Πράγματι, η αφθονία των κυριότερων συστατικών του πυρηνίσκου, όπως η φιμπριλαρίνη και τα νουκλεολικά προϊόντα, 18S rRNA και 45S rRNA, ρυθμίζεται από την πυρηνική αυτοφαγία. Έτσι, η ανακύκλωση της πυρηνι- κής μεμβράνης και άλλων πυρηνικών συστατικών μέσω της νουκλεοφαγίας είναι ένας εξελικτικά συντηρημένος μηχανισμός διασφάλισης μακροζωίας που προω- θεί τη νεανικότητα και καθυστερεί τη γήρανση υπό συνθήκες στρες, διατηρώ- ντας την πυρηνική αρχιτεκτονική και αποτρέποντας την πυρηνική επέκταση.Γενικότερα, το μέγεθος του πυρηνίσκου είναι βιοδείκτης για τη διάρκεια ζωής του οργανισμού ανεξάρτητα από τον τύπο των κυττάρων. Στον C. elegans, τα daf-2, eat-2, ife-2 και glp-1 μεταλλαγμένα ζώα, που ζουν περισσότερο από τα αγρίου τύπου στελέχη αποτελούνται από κύτταρα με μικρότερους πυρηνίσκους σε σύγκριση με τα φυσιολογικά. Έτσι, αυτά τα μονοπάτια σηματοδότησης επεκτείνουν τη διάρκεια ζωής τουλάχιστον μερικώς μέσω του ελέγχου του μεγέθους του πυρηνίσκου και της ριβοσωμικής βιογένεσης. Ομοίως, σε σύνδρομα πρόωρης γήρανσης όπως το σύνδρομο Hutchison-Gilford progeria, τα κύτταρα εμφανίζουν μεγαλύτερους πυρηνίσκους, υποδηλώνοντας αυξημένους ρυθμούς βιογένεσης ριβοσώματος και πρωτεϊνικής μετάφρασης.Εν κατακλείδι, αποκαλύπτουμε έναν νέο μηχανισμό με τον οποίο πρωτείνες της πυρηνικής μεμβράνης, οι νεσπρίνες, ανακυκλώνονται επιλεκτικά μέσω της αυτοφαγίας, ειδικά σε συνθήκες θερμιδικού περιορισμού in vivo. Παραδόξως, πρόκειται για μία αμφίδρομη αλληλεπίδραση, καθώς οι νεσπρίνες φαίνεται να προάγουν τον σχηματισμό αυτοφαγοσωμάτων, που θα μπορούσε ενδεχομένως να δρα ως αρνητική ανατροφοδότηση. Επιπλέον, διαπιστώνουμε ότι η αυτοφαγία που επάγεται από πείνα, μέσω των νεσπρινώνκαθορίζει το μέγεθος του πυρηνίσκου μέσω ενός νέου και εξελικτικά διατηρημένου κυτταρικού μηχανισμού με το να ελέγχει τα επιπέδα της φιμπριλαρίνης, της βασικής πρωτεΐνης του πυρηνίσκου. Επισημαίνουμε το γεγονός ότι η φιμπριλαρίνη είναι υπόστρωμα της αυτοφαγίας που επάγεται από πείνα. Υπό θερμιδικό περιορισμό, που προκαλεί παράταση στη διάρκεια ζωής, η αυτοφαγία και οι νεσπρίνες δρουν στο ίδιο μοριακό μονοπάτι για τη ρύθμιση τηςριβοσωμικής βιογένεσης. Αυτός ο διακριτός μηχανισμός πυρηνοφαγίας θα μπορούσε να λειτουργήσει ως ρεοστάτης για τη φυσιολογική γήρανση.


Role of mTor signaling for tubular function and disease

Physiology ◽  
2021 ◽  
Author(s):  
Florian Grahammer ◽  
Tobias B Huber ◽  
Ferruh Artunc
Keyword(s):  
Diabetic Nephropathy ◽  
Actin Cytoskeleton ◽  
Mtor Signaling ◽  
Tubular Function ◽  
Target Of Rapamycin ◽  
Multiprotein Complexes ◽  
Mechanistic Target Of Rapamycin ◽  
Transport Regulation ◽  
Disease Entities

The mechanistic target of rapamycin (mTOR) forms two distinct intracellular multiprotein complexes that control a multitude of intracellular processes linked to metabolism, proliferation, actin cytoskeleton and survival. Recent studies have identified the importance of these complexes for transport regulation of ions and nutrients along the entire nephron. First reports could link altered activity of these complexes to certain disease entities i.e. diabetic nephropathy, AKI or hyperkalemia.

scholarly journals Mechanistic target of rapamycin signaling in mouse models of accelerated aging

2019 ◽  
Vol 75 (1) ◽  
pp. 64-72 ◽  
Author(s):  
Jin Young Lee ◽  
Brian K Kennedy ◽  
Chen-Yu Liao
Keyword(s):  
Mouse Models ◽  
Accelerated Aging ◽  
Nutrient Sensing ◽  
Mtor Signaling ◽  
Human Diseases ◽  
Target Of Rapamycin ◽  
Cellular Processes ◽  
Positive Effects ◽  
Mechanistic Target Of Rapamycin ◽  
Age Related

Abstract The mechanistic target of rapamycin (mTOR) is an essential nutrient-sensing kinase that integrates and regulates a number of fundamental cellular processes required for cell growth, cell motility, translation, metabolism, and autophagy. mTOR signaling has been implicated in the progression of many human diseases, and its dysregulation has been reported in several pathological processes, especially in age-related human diseases and mouse models of accelerated aging. In addition, many studies have demonstrated that the regulation of mTOR activity has a beneficial effect on longevity in several mouse models of aging. However, not all mouse models of accelerated aging show positive effects on aging-associated phenotypes in response to targeting mTOR signaling. Here, we review the effects of interventions that modulate mTOR signaling on aging-related phenotypes in different mouse models of accelerated aging and discuss their implications with respect to aging and aging-related disorders.

Mechanistic target of rapamycin (MTOR) signaling during ovulation in mice

2014 ◽  
Vol 81 (7) ◽  
pp. 655-665 ◽  
Author(s):  
Dayananda Siddappa ◽  
Anitha Kalaiselvanraja ◽  
Vilceu Bordignon ◽  
Lisa Dupuis ◽  
Bernardo G. Gasperin ◽  
...  
Keyword(s):  
Mtor Signaling ◽  
Target Of Rapamycin ◽  
Mechanistic Target Of Rapamycin

scholarly journals The Glucagon-Like Peptide 1 Receptor Agonist Liraglutide Stimulates Mechanistic Target of Rapamycin (mTOR) Signaling via PKA And Akt

2021 ◽  
Vol 5 (Supplement_1) ◽  
pp. A510-A511
Author(s):  
Thao D V Le ◽  
Dianxin Liu ◽  
Sheila Collins ◽  
Julio E Ayala
Keyword(s):  
Food Intake ◽  
Cho Cells ◽  
Mtor Signaling ◽  
Target Of Rapamycin ◽  
Mechanistic Target Of Rapamycin ◽  
Glucagon Like Peptide ◽  
Glucagon Like Peptide 1 ◽  
Pre Treatment ◽  
Mtor Activity ◽  
Stimulation Of

Abstract Glucagon-like peptide 1 receptor (GLP-1R) agonists enhance glucose-stimulated insulin secretion and act on several regions of the brain to reduce food intake and body weight, making the GLP-1R a major therapeutic target for the treatment of type 2 diabetes and obesity. Surprisingly, little is known about the signaling mechanisms mediating the food intake-lowering effects of GLP-1R agonists. We have previously shown that inhibiting the mechanistic Target of Rapamycin (mTOR) in the ventromedial hypothalamus blocks anorexia induced by GLP-1R activation in this brain nucleus (1). Therefore, the goal of the present studies is to elucidate the mechanisms by which GLP-1R activation stimulates mTOR signaling. To accomplish this, we treated Chinese Hamster Ovary cells stably expressing the human GLP-1R with the GLP-1R agonist liraglutide (Lira) in combination with inhibitors of various signaling molecules. Since PKA is a canonical target of GLP-1R signaling, and PKA phosphorylates mTOR and its regulating protein Raptor following β-adrenergic stimulation (2), we used the PKA inhibitors H89 and KT 5720 to examine whether PKA is required for the stimulation of mTOR activity by Lira. We expressed myc-tagged mTOR or Raptor in GLP-1R stably expressing CHO cells, treated them with Lira, immunoprecipitated myc-mTOR or myc-Raptor, and immunoblotted for the PKA substrate RRXS/T motif. We found that Lira significantly increased PKA-substrate motif phosphorylation of myc-Raptor but not myc-mTOR, and this was blocked by pre-treatment with H89. Lira also failed to stimulate phosphorylation of a Ser791Ala Raptor mutant that cannot be phosphorylated by PKA (2). To test whether Akt, a well-known regulator of mTOR activity, contributes to the activation of mTOR signaling by Lira, we pre-treated GLP-1R stably expressing CHO cells with either of the Akt inhibitors Akt-i 1/2 and MK-2206 followed by treatment with Lira or forskolin (Fsk), a cAMP inducer and PKA activator. Pre-treatment with either Akt-i 1/2 or MK-2206 blocked mTOR activation by both Lira and Fsk. This suggests that the contribution of Akt to Lira-induced mTOR activation is likely downstream of cAMP production. Taken together, our results suggest a novel two-pronged, PKA-dependent mechanism for the stimulation of mTOR signaling following GLP-1R activation – directly via phosphorylation of Raptor and indirectly via stimulation of Akt. Future studies will assess the respective contributions and temporal dynamics of each of these pathways. Reference: (1) Burmeister et al., Am J Physiol Endocrinol Metab. 2017 Aug;313: E651–E662. (2) Liu et al., J Clin Invest. 2016;126(5):1704-1716.

scholarly journals MicroRNA-486-5p Suppresses Lung Cancer via Downregulating mTOR Signaling In Vitro and In Vivo

2021 ◽  
Vol 11 ◽  
Author(s):  
Lei Ding ◽  
Wu Tian ◽  
Hui Zhang ◽  
Wanqiu Li ◽  
Chunyu Ji ◽  
...  
Keyword(s):  
Lung Cancer ◽  
Ribosomal Proteins ◽  
Epithelial Mesenchymal Transition ◽  
Mtor Pathway ◽  
Mtor Signaling ◽  
Nsclc Tissue ◽  
S6 Kinase ◽  
Mesenchymal Transition

Lung cancer is one of the central causes of tumor-related deaths globally, of which non-small cell lung cancer (NSCLC) takes up about 85%. As key regulators of various biological processes, microRNAs (miRNAs) have been verified as crucial factors in NSCLC. To elucidate the role of miR-486-5p in the mTOR pathway, we investigated its role in NSCLC and related signaling. Our results confirmed that miR-486-5p was downregulated in most of human NSCLC tissue samples and cell lines. Further study confirmed that it inhibited NSCLC through repression of the mTOR pathway via targeting both ribosomal proteins S6 kinase A1 (RPS6KA1, RSK) and ribosomal proteins S6 kinase B1 (RPS6KB1, p70S6K), which are critical components of the mTOR signaling. Additionally, miR-486-5p impeded tumor growth in vivo and inhibited tumor metastasis through repression of the epithelial-mesenchymal transition (EMT). Taken together, our study verified the role that miR-486-5p exerts in NSCLC, and its expression pattern in the different stages and morphologies of NSCLC makes it a promising biomarker in the early diagnosis of the disease.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document