The target of rapamycin (TOR) signaling pathway conserved from yeast to human plays critical roles in regulation of eukaryotic cell growth. It has been shown that TOR pathway is involved in several cellular processes, including ribosome biogenesis, nutrient response, autophagy and aging. However, due to the functional diversity of TOR pathway, we do not know yet some key effectors of the pathway. To find unknown effectors of TOR signaling pathway, we took advantage of a green fluorescent protein (GFP)-tagged collection of budding yeast Saccharomyces cerevisiae. We analyzed protein abundance changes by measuring the GFP fluorescence intensity of 4156 GFP-tagged yeast strains under inhibition of TOR pathway. Our proteomic analysis argues that 83 proteins are decreased whereas 32 proteins are increased by treatment of rapamycin, a specific inhibitor of TOR complex 1 (TORC1). We found that, among the 115 proteins that show significant changes in protein abundance under rapamycin treatment, 37 proteins also show expression changes in the mRNA levels by more than 2-fold under the same condition. We suggest that the 115 proteins indentified in this study may be directly or indirectly involved in TOR signaling and can serve as candidates for further investigation of the effectors of TOR pathway.
Park, Sahng-Wook;Yoon, Sa-Rah;Moon, Jong-Seok;Park, Byeong-Woo;Kim, Kyung-Sup
Food Science and Biotechnology
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v.17
no.5
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pp.1047-1051
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2008
Overexpression of HER2 in breast cancer cells is considered to induce the expression of acetyl-CoA carboxylase $\alpha$ (ACACA) and fatty acid synthase (FASN) through activation of mammalian target of rapamycin (mTOR) signaling pathway. Resveratrol, a red wine polyphenol, has been shown to induce apoptosis in several cancers by interfering in several signaling pathways. Present study elucidated the mechanism by which resveratrol downregulates ACACA and FASN in breast cancer cells. Resveratrol activated AMP-activated protein kinase (AMPK) and downregulated mTOR in BT-474 cells. These effects of resveratrol were mimicked by AICAR, an AMPK activator, and exogenously expressed constitutively active AMPK, while they were abolished by a dominant-negative mutant of AMPK. The downregulation of mTOR was not accompanied with changes in Akt, the upstream regulator of mTOR. These findings indicate that the downregulation of ACACA and FASN by resveratrol is mediated by the downregulation of mTOR signaling pathway via activation of AMPK.
Background: Diabetes-related neuropathic pain frequently occurs, and the underpinning mechanism remains elusive. The periaqueductal gray (PAG) exhibits descending inhibitory effects on central pain transmission. The current work aimed to examine whether inflammatory cytokines regulate mechanical allodynia and thermal hyperalgesia induced by diabetes through the phosphoinositide 3-kinase (PI3K)-mammalian target of rapamycin (mTOR) pathway in the PAG. Methods: Streptozotocin (STZ) was administered intraperitoneally to mimic allodynia and hyperalgesia evoked by diabetes in rats. Behavioral assays were carried out for determining mechanical pain and thermal hypersensitivity. Immunoblot and ELISA were performed to examine PAG protein amounts of interleukin-1β (IL-1β), IL-6, and tumor necrosis factor-α (TNF-α), as well as their corresponding receptors in STZ rats, and the expression of PI3K/protein kinase B (Akt)/mTOR signaling effectors. Results: Increased PAG p-PI3K/p-Akt/p-mTOR protein amounts were observed in STZ-induced animals, a PI3K-mTOR pathway inhibition in the PAG attenuated neuropathic pain responses. Moreover, the PAG concentrations of IL-1β, IL-6, and TNF-α and their receptors (namely, IL-1R, IL-6R, and tumor necrosis factor receptor [TNFR] subtype TNFR1, respectively) were increased in the STZ rats. Additionally, inhibiting IL-1R, IL-6R, and TNFR1 ameliorated mechanical allodynia and thermal hyperalgesia in STZ rats, alongside the downregulation of PI3K-mTOR signaling. Conclusions: Overall, the current study suggests that upregulated proinflammatory cytokines and their receptors in the PAG activate PI3K-mTOR signaling, thereby producing a de-inhibition effect on descending pathways in modulating pain transmission, and eventually contributing to neuropathic pain.
Proceedings of the Plant Resources Society of Korea Conference
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2019.04a
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pp.33-33
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2019
The AKT signaling pathway is a highly regulated cell signaling system that forms a network with other cell signaling pathways. Hence, the AKT signaling pathway mediates several important cellular functions that include cell survival, proliferation, cell migration, and et cetera. Irregularities that led overactive AKT signaling have been linked to many diseases such as cancer and metabolic-associated diseases. Hence, modulating the overactive AKT signaling pathway via inhibitor is a tantalizing prospect for treatment of cancer and metabolic-associated diseases. Two inhibitors of the AKT signaling pathway will be presented in this symposium: 1) Bisleuconothine A (BisA), a bisindole alkaloid that inhibit autophagy and 2) Ceramicine B (CerB), a limonoid that inhibit adipogenesis. The first topic is on a bisindole alkaloid, BisA and its mechanism in inducing autophagosome formation in lung cancer cell line, A549.(1) Since most autophagy inducing agents generally induce apoptosis, we found that BisA does not induce apoptosis even in high dose. BisA up-regulation of LC3 lipidation is achieved through mTOR inactivation. The phosphorylation of PRAS40, a mTOR repressor was suppressed by BisA. This observation suggested that BisA inactivates mTOR via suppression of PRAS40 phosphorylation. Interestingly, the phosphorylation of AKT, an upstream regulator of PRAS40 phosphorylation was also down-regulated by BisA. These findings suggested that Bis-A induces autophagosomes formation by interfering with the AKT-mTOR signaling pathway. The second topic is on CerB and its mechanism in inhibiting adipogenesis in preadipocytes cell line, MC3T3-G2/PA6.(2,3) CerB inhibits the phosphorylation of protein kinase B (AKT) at the Thr308 position but not the Ser473. Consequently, the phosphorylation of FOXO3 which is located downstream of AKT is also inhibited. Considering that FOXO3 is an important regulator of PPARγ which is a key factor in adipogenesis, CerB may inhibit adipogenesis via the AKT-FOXO3 signaling pathway. Taken together, both BisA and CerB highlighted the potential of AKT signaling pathway modulation as an approach to induce autophagy and inhibit the formation of fat cells, respectively.
MicroRNAs (miRNAs) are emerging as critical regulators in carcinogenesis and tumor progression. Recently, miR-99a has been reported as a tumor suppressor gene in various human cancers, but its functions in the context of anaplastic thyroid cancer (ATC) remain unknown. In this study, we reported that miR-99a was commonly downregulated in ATC tissue specimens and cell lines with important functional consequences. Overexpression of miR-99a not only dramatically reduced ATC cell viability by inducing cell apoptosis and accumulation of cells at G1 phase, but also inhibited tumorigenicity in vivo. We then screened and identified a novel miR-99a target, mammalian target of rapamycin (mTOR), and it was further confirmed by luciferase assay. Up-regulation of miR-99a would markedly reduce the expression of mTOR and its downstream phosphorylated proteins (p-4E-BP1 and p-S6K1). Similar to restoring miR-99a expression, mTOR down-regulation suppressed cell viability and increased cell apoptosis, whereas restoration of mTOR expression significantly reversed the miR-99a antitumor activity and the inhibition of mTOR/p-4E-BP1/p-S6K1 signal pathway profile. In clinical specimens and cell lines, mTOR was commonly overexpressed and its protein levels were statistically inversely correlated with miR-99a expression. Taken together, our results demonstrated for the first time that miR-99a functions as a tumor suppressor and plays an important role in inhibiting the tumorigenesis through targeting the mTOR/p-4E-BP1/p-S6K1 pathway in ATC cells. Given these, miR-99a may serve as a novel prognostic/diagnostic and therapeutic target for treating ATC.
Yue, Tao;Yin, Jingdong;Li, Fengna;Li, Defa;Du, Min
BMB Reports
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v.43
no.2
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pp.140-145
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2010
The present study investigated whether the mammalian target of rapamycin (mTOR) signal pathway is involved in the regulation of high glucose-induced intramuscular adipogenesis in porcine muscle satellite cells. High glucose (25 mM) dramatically increased intracellular lipid accumulation in cells during the 10-day adipogenic differentiation period. The expressions of CCAAT/enhancer binding protein-$\alpha$ (C/EBP-$\alpha$) and fatty acid synthase (FAS) protein were gradually enhanced during the 10-day duration while mTOR phosphorylation and sterol-regulatory- element-binding protein (SREBP)-1c protein were induced on day 4. Moreover, inhibition of mTOR activity by rapamycin resulted in a reduction of SREBP-1c protein expression and adipogenesis in cells. Collectively, our findings suggest that the adipogenic differentiation of porcine muscle satellite cells and a succeeding extensive adipogenesis, which is triggered by high glucose, is initiated by the mTOR signal pathway through the activation of SREBP-1c protein. This process is previously uncharacterized and suggests a cellular mechanism may be involved in ectopic lipid deposition in skeletal muscle during type 2 diabetes.
Background: The mammalian target of rapamycin (mTOR) /RPS6KB1 activation has recently been implicated in tumour development, but its role in lung cancer remains unclear. The aim of this study was to explore the role of mTOR/RPS6KB1 signaling pathway in non-small-cell lung cancer (NSCLC). Methods: Immunohistochemistry was performed to assess the expression of phosphorylated mammalian target of rapamycin (p-mTOR) and its downstream ribosomal phosphorylated RPS6KB1 (p-RPS6KB1) in NSCLC patients. We also analyzed p-mTOR/p-RPS6KB1 protein expression in 45 fresh NSCLC tissues using Western blotting. Results: The expression level of p-mTOR and p-RPS6KB1 was significantly higher in NSCLC tumor specimens than that in adjacent noncancerous normal lung tissues (P<0.01). p-mTOR expression correlated with p-RPS6KB1. Furthermore, high expression level of p-mTOR or p-RPS6KB1 in NSCLC was associated with a shorter overall survival (both P<0.01). Multivariate analysis indicated high level of p-mTOR expression was an independent prognostic factor (HR=2.642, 95%CI 1.157-4.904, p=0.002). Conclusions: p-mTOR and p-RPS6KB1 could be useful prognostic markers for NSCLC.
Objective: The PI3K/PTEN/AKT/mTOR signaling pathway has been implicated in resistance to cisplatin. In the current study, we determined whether common genetic variations in this pathway are associated with platinum-based chemotherapy response and clinical outcome in advanced non-small cell lung cancer (NSCLC) patients. Methods: Seven common single nucleotide polymorphisms (SNPs) in core genes of this pathway were genotyped in 199 patients and analyzed for associations with chemotherapy response, progression-free survival (PFS) and overall survival (OS). Results: Logistic regression analysis revealed an association between AKT1 rs2494752 and response to treatment. Patients carrying heterozygous AG had an increased risk of disease progression after two cycles of platinum-based chemotherapy compared to those with AA genotype (Adjusted odds ratio (OR)=2.18, 95% confidence interval (CI): 1.00-4.77, which remained significant in the stratified analyses). However, log-rank test and cox regression detected no association between these polymorphisms in the PI3K pathway genes and survival in advanced NSCLC patients. Conclusions: Our findings suggest that genetic variants in the PI3K/PTEN/AKT/mTOR pathway may predict platinum-based chemotherapy response in advanced NSCLC patients in a Chinese population.
Kim, Mi-Young;Kruger, Annie J.;Jeong, Ju-Yeon;Kim, Jaehee;Shin, Phil kyung;Kim, Sun Young;Cho, Joo Young;Hahm, Ki Baik;Hong, Sung Pyo
Molecules and Cells
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v.42
no.6
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pp.448-459
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2019
The phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B/mammalian target of rapamycin (PI3K/AKT/mTOR) signaling pathway is a promising target for gastric cancer (GC) treatment; however the efficacy of PI3K/mTOR dual inhibitors in GC has not yet been maximized. Additionally, the effect of autophagy regulation by PI3K/mTOR dual inhibitors has not been clearly elucidated in GC treatment. We aimed to show that our newly developed PI3K/mTOR dual inhibitor, CMG002, when combined with an autophagy inhibitor, chloroquine (CQ), potently induces effective cancer cell death in Epstein-Barr virus (EBV)-associated gastric cancer (EBVaGC) cells, where both the PI3K/AKT/mTOR and autophagy pathways play important roles in disease pathogenesis. EBV- and mock-infected AGS and NUGC3 GC cell lines were treated with CMG002 +/- CQ. PI3K/AKT/mTOR signaling pathway mediators, cellular apoptosis and autophagy markers were confirmed by Western blot assay. Cell viability was assessed using the Cell Counting Kit-8 (CCK-8) assay. CMG002 effectively blocked the PI3K/AKT/mTOR pathway by markedly decreasing phosphorylation of AKT and its downstream mediator S6. CMG002 induced G0/G1 cell cycle arrest and enhanced apoptotic cell death in AGS and NUGC3 cells, particularly EBV-infected cells compared with mock-infected cells, as confirmed by flow cytometric analyses and TUNEL (terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling) assays. The combination of CMG002 plus CQ synergistically increased apoptotic cell death in EBV-infected GC cell lines when compared with CMG002 alone (P < 0.05). Our results suggest that the new PI3K/mTOR dual inhibitor, CMG002, when used in combination with the autophagy inhibitor, CQ, provides enhanced therapeutic efficacy against EBVaGC.
Autosomal dominant polycystic kidney disease (ADPKD), one of the most common human monogenic diseases (frequency of 1/1000-1/400), is characterized by numerous fluid-filled renal cysts (RCs). Inactivation of the PKD1 or PKD2 gene by germline and somatic mutations is necessary for cyst formation in ADPKD. To mechanistically understand cyst formation and growth, we isolated RCs from Korean patients with ADPKD and immortalized them with human telomerase reverse transcriptase (hTERT). Three hTERT-immortalized RC cell lines were characterized as proximal epithelial cells with germline and somatic PKD1 mutations. Thus, we first established hTERT-immortalized proximal cyst cells with somatic PKD1 mutations. Through transcriptome sequencing and Gene Ontology (GO) analysis, we found that upregulated genes were related to cell division and that downregulated genes were related to cell differentiation. We wondered whether the upregulated gene for the chemokine CXCL12 is related to the mTOR signaling pathway in cyst growth in ADPKD. CXCL12 mRNA expression and secretion were increased in RC cell lines. We then examined CXCL12 levels in RC fluids from patients with ADPKD and found increased CXCL12 levels. The CXCL12 receptor CXC chemokine receptor 4 (CXCR4) was upregulated, and the mTOR signaling pathway, which is downstream of the CXCL12/CXCR4 axis, was activated in ADPKD kidney tissue. To confirm activation of the mTOR signaling pathway by CXCL12 via CXCR4, we treated the RC cell lines with recombinant CXCL12 and the CXCR4 antagonist AMD3100; CXCL12 induced the mTOR signaling pathway, but the CXCR4 antagonist AMD3100 blocked the mTOR signaling pathway. Taken together, these results suggest that enhanced CXCL12 in RC fluids activates the mTOR signaling pathway via CXCR4 in ADPKD cyst growth.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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