mTOR-Signalwege

Artikel aktualisiert am 24. Januar 2024

mTOR-Signalwege sind Kaskaden von Signalen, die von mTOR ausgehen. mTOR  ist ein zentraler Regulator für verschiedene Zellfunktionen, die mit Zellteilung und Zelldifferenzierung zu tun haben. Es ist die Abkürzung für „molecular target of rapamycin“. Heute wird „mechanistic target of rapamycin“ favorisiert, da mTOR und die von ihm ausgehenden Signalwege nicht nur bei Säugern, sondern darüber hinaus im Tierreich weit verbreitet vorkommen (1)Pediatr Neurol. 2015 Mar;52(3):281-9.

Signalwege und Checkpoints: Basics
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mTOR-Signalwege

mTOR ist eine Proteinkinase, die durch verschiedene Auslöser aktiviert werden kann und Signalketten auslöst, die schließlich zu verschiedenen Zellreaktionen führt. Reguliert wird die mTOR-Aktivität durch eine Serin/Threonin-Proteinkinase (Akt). Das primäre mTOR-Substrat ist die p70 „ribosomale subunit 6 kinase1“ (S6K1).

mTOR-Signalwege regeln die Proteinsynthese, Zellteilung, Zellproliferation und synaptische Plastizität von Zellen des Nervensystems und des Gehirns (2)Pediatr Neurol. 2015 Mar;52(3):281-9. Es sind zwei Signalwege, die von mTOR ausgehen, der eine von mTOR-Komplex 1 (mTORC1), ein anderer von mTOR-Komplex 2 (mTORC2). Die Wirkungen der Signalwege ergänzen sich. Die mTOR- Signalwege bewirken einen Übergang von der G1- zur S-Phase des Zellzyklus und damit eine Zellteilung. mTOR-Hemmer unterdrücken diese Befehlskette und stoppen das Wachstum in der G1-Phase (G1-Arrest), was in der Tumortherapie ausgenutzt wird.

Die Aktivierung von mTOR geschieht hauptsächlich durch proliferative Signale über den PI3K/Akt-Signalweg (phosphatidylinositol 3 kinase (PI3K)/protein kinase B (Akt) signaling pathway), so dass der gesamte Signalweg vom proliferativen Signal bis zur Zellteilung als PI3K/Akt-mTOR-Signalweg bezeichnet wird (3)Cancer Biol Ther. 2003 Jul-Aug;2(4 Suppl 1):S169-77.

Die Hochregulation von mTOR bei verschiedenen Erkrankungen wirkt sich in einer erhöhten Translationsaktivität (Übersetzung einer mRNA-Sequenz in eine Aminosäuresequenz) und Proteinsynthese aus. Ursache ist eine erhöhte Phosphorylierung verschiedener Proteine inklusive des mTOR-Regulators Serin/Threonin-Proteinkinase (Akt) und der mTOR-Substrate (p70 ribosomal subunit 6 kinase1 (S6K1) (4)Genes Brain Behav. 2012 Apr;11(3):332-41.. Eine Hemmung führt umgekehrt zu einer Reduktion der Proteinsynthese; findet sie in immunkompetenten Zellen statt, führt dies zu einer Immunsuppression. Bei bestimmten Erkrankungen, wie der tuberösen Sklerose, und einigen Tumoren findet man eine Überaktivierung des mTOR-Signalweges. Bei ihnen bieten sich mTOR-Hemmer zur Behandlung an.

mTOR-Signalwege im Gehirn: Sie beeinflussen die Plastizität von Synapsen. Eine Überaktivierung des PI3K/Akt/mTOR-Signalwegs wird bei verschiedenen neurologischen Krankheiten gefunden, wie der tuberösen Sklerose, dem Fragilen-X-Syndrom und dem Autismus (ASD). Seine Hemmung verspricht einen therapeutischen Ansatz. (5)Molecules. 2023 Feb 16;28(4):1889. doi: 10.3390/molecules28041889 (6)Turk J Med Sci. 2020 Nov 3;50(SI-2):1665-1676 (7)Neurochem Int. 2021 Jul;147:105067. doi: 10.1016/j.neuint.2021.105067.

mTOR-Hemmer

mTOR-Signalwege sind bei verschiedenen Krankheiten hoch reguliert. In diesen Fällen führt ihre Hemmung führt zu erfolgreichen therapeutischen Wirkungen. mTOR-Hemmer sind daher ein aussichtsreiches pharmazeutisches Entwicklungsfeld. Erste Hemmer dieser Art sind Sirolimus und Everolimus. Sie werden als Immunsuppressiva zur Unterdrückung einer Abstoßungsreaktion nach Organtransplantation sowie als Antikrebsmittel eingesetzt (siehe hier) (8)Cancer Biol Ther. 2003 Jul-Aug;2(4 Suppl 1):S169-77.

Dazu siehe hier.

Verweise

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Literatur

Literatur
1Pediatr Neurol. 2015 Mar;52(3):281-9
2Pediatr Neurol. 2015 Mar;52(3):281-9
3Cancer Biol Ther. 2003 Jul-Aug;2(4 Suppl 1):S169-77
4Genes Brain Behav. 2012 Apr;11(3):332-41.
5Molecules. 2023 Feb 16;28(4):1889. doi: 10.3390/molecules28041889
6Turk J Med Sci. 2020 Nov 3;50(SI-2):1665-1676
7Neurochem Int. 2021 Jul;147:105067. doi: 10.1016/j.neuint.2021.105067.
8Cancer Biol Ther. 2003 Jul-Aug;2(4 Suppl 1):S169-77