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.2013年5月9日；497(7448):217-23.
doi:10.1038/nature12122。 Epub 2013年5月1日。

mTOR激酶的结构、机制和调控

杨海娟 1, 德里克·G·拉奇, 约瑟夫·杜斯, 巴米尼·瓦伊达林加姆, Hyo J Yang（杨孝杰）, 尼古拉·帕夫利蒂奇
附属公司

mTOR激酶的结构、机制和调控

杨海娟等。 自然. .

摘要

雷帕霉素（mTOR）是一种磷酸肌醇3-激酶相关蛋白激酶，是哺乳动物的靶点，它控制细胞对营养素和生长因子的反应，在癌症中经常被解除调控。在这里，我们报道了截短的mTOR和哺乳动物致死性与SEC13蛋白8（mLST8）的复合物的共晶体结构，该复合物具有ATP过渡态模拟物和ATP位点抑制剂。这些结构揭示了一种固有的活性激酶构象，其催化残基和催化机制与典型蛋白激酶非常相似。由于FKBP12-雷帕霉素结合（FRB）结构域和一个抑制螺旋从催化间隙突出，活性部位高度凹陷。mTOR激活突变映射到将这些元素保持在适当位置的结构框架，这表明激酶受限制性通路控制。体外生物化学表明，FRB结构域起着守门人的作用，其雷帕霉素结合位点与底物相互作用，使其能够访问限制活性位点。雷帕霉素-FKBP12通过直接阻断底物募集和进一步限制活性位点的进入来抑制激酶。这些结构还揭示了活性位点残基和构象变化，这些变化是抑制剂效力和特异性的基础。

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作者声明没有竞争性的经济利益。

数字

图1
图1。mTOR的结构ΔN-mLST8-ATPγS-Mg复合物
mTOR的颜色如线性示意图所示，mLST8的颜色为绿色，ATP的颜色为棒状，Mg的颜色为2+离子作为球体。
图2
图2。mTOR激酶结构域和活性位点构象
a、，mTOR和PIK3C3（PDB 3IHY；绿色）激酶结构域在两个视图中的重叠，旋转约180°。左视图与图1的视图相关。FRB为红色，其余mTOR插入为深蓝色。黑色虚线表示LBE，蓝色虚线表示kα9b和kα10之间的无序区域。b、，3.5奥Fo-Fc公司ADP-MgF前mTOR-TS复合物的电子密度，在2.5σ下的等高线三-镁2已建成。c、，mTOR和CDK2-TS（PDB 3QHW）配合物的叠加。CDK2及其核苷酸为绿色（括号中为其残基标记）。日期：，mTOR催化裂的C叶部分的分子表面表示，根据守恒熵着色（22个正交图中的红色不变，21个正交图上的橙色，20个正交图的黄色，18-19个正交图之间的黄色）。虚线描绘了结构元素（已标记）的边界。对接底物肽呈淡蓝色，其苏氨酸磷酸化位点显示为棒状，其余侧链显示为球体（Cβ原子），其+1位置由白色箭头指示。
图3
图3。激酶活性位点凹陷在深裂的底部
a、，mTOR的表面表示ΔN-mLST8-ADP-MgF型三-镁2在两个正交视图中。深蓝色色带表示图2d中对接的底物肽（位置-2至+2）。b、，mTOR的表面表示ΔN-mLST8-雷帕霉素-FKBP12模型。雷帕霉素（青色）和FKBP12（蓝色）被标记。
图4
图4。FRB的雷帕霉素结合位点招募S6K1进入催化间隙
a、，FRB和催化裂部分的表面表示，按图2d中的顺序守恒着色。ADP-MgF公司三-镁2为青色，TS模拟MgF三标记为“ATPγP”的组。黑色虚线表示FRB-KD边界。图2d中的对接底物肽以蓝色显示（位置-1至+1），其磷酸化位点标记为“sub.OH”。b、，S6K1的磷酸化ki公司（10μM），通过mTORΔN-mLST8（20 nM），在所示浓度的雷帕霉素或FK506存在的情况下，通过P掺入（顶面板）和使用磷酸化Thr389特异性抗体进行免疫印迹（下面板）进行测量。三个独立重复的平均偏差和标准偏差绘制为每组0μM大环内酯反应的百分比。c（c），S6K1的磷酸化ki公司（10μM），通过mTORΔN-mLST8（20 nM），存在指示浓度的野生型或S2035I突变FRB。重复两次反应，结果如（b）所示。日期：，GST标记的S6K1的磷酸化367-398（10μM）和S6K1367-392（10μM），通过mTORΔN-mLST8（20 nM），且存在指定浓度的雷帕霉素。显示了磷酸Thr389特异性免疫印迹的两种不同暴露（15秒和180秒）。15秒免疫印迹的定量绘制在右侧。
图5
图5。mTOR激活突变映射到限制活性位点访问的结构元素
激活突变-报告的mTOR，酵母Tor2和Tor1p显示为大球体（标记为粗体结构元素），颜色如图1所示。
图6
图6。与mTOR催化裂解结合的Torin2、PP242和PI-103抑制剂的结构
一Torin2（C原子呈青色、N蓝色、O红色、F绿色）和mTOR残基在4℃范围内的棒状表示（D2195和D2357除外）。mTOR裂以透明表面表示，N叶为黄色，C叶为粉红色。绿色虚线表示氢键距离和几何结构内的原子。b、，PP242-mTOR结构，如（a）所示。c、，PP242（青色）结合上mTOR内部疏水囊中的构象变化。箭头表示与ATPγS结合mTOR相比的侧链旋转和主链移动（灰色）。俯视（b）垂直轴的视图。日期：，PI103-mTOR结构，如（a）所示。
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中的注释

  • 结构生物学：主调节器的安全措施。
    Alessi DR，Kulathu Y。 Alessi DR等人。 自然。2013年5月9日；497(7448):193-4. doi:10.1038/nature12101。Epub 2013年5月1日。 自然。2013 PMID：23636322 没有可用的摘要。

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