The mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway coordinates the metabolic activity of eukaryotic cells through environmental signals, including nutrients, energy, growth factors, and oxygen. In the nervous system, the mTOR pathway regulates fundamental biological processes associated with neural development and neurodegeneration. Intriguingly, genes that constitute the mTOR pathway have been found to be germline and somatic mutation from patients with various epileptic disorders. Hyperactivation of the mTOR pathway due to said mutations has garnered increasing attention as culprits of these conditions : somatic mutations, in particular, in epileptic foci have recently been identified as a major genetic cause of intractable focal epilepsy, such as focal cortical dysplasia. Meanwhile, epilepsy models with aberrant activation of the mTOR pathway have helped elucidate the role of the mTOR pathway in epileptogenesis, and evidence from epilepsy models of human mutations recapitulating the features of epileptic patients has indicated that mTOR inhibitors may be of use in treating epilepsy associated with mutations in mTOR pathway genes. Here, we review recent advances in the molecular and genetic understanding of mTOR signaling in epileptic disorders. In particular, we focus on the development of and limitations to therapies targeting the mTOR pathway to treat epileptic seizures. We also discuss future perspectives on mTOR inhibition therapies and special diagnostic methods for intractable epilepsies caused by brain somatic mutations.
Tan, Heng Kean;Moad, Ahmed Ismail Hassan;Tan, Mei Lan
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.15
no.16
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pp.6463-6475
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2014
The mammalian target of rapamycin (mTOR) kinase plays an important role in regulating cell growth and cell cycle progression in response to cellular signals. It is a key regulator of cell proliferation and many upstream activators and downstream effectors of mTOR are known to be deregulated in various types of cancers. Since the mTOR signalling pathway is commonly activated in human cancers, many researchers are actively developing inhibitors that target key components in the pathway and some of these drugs are already on the market. Numerous preclinical investigations have also suggested that some herbs and natural phytochemicals, such as curcumin, resveratrol, timosaponin III, gallic acid, diosgenin, pomegranate, epigallocatechin gallate (EGCC), genistein and 3,3'-diindolylmethane inhibit the mTOR pathway either directly or indirectly. Some of these natural compounds are also in the clinical trial stage. In this review, the potential anti-cancer and chemopreventive activities and the current status of clinical trials of these phytochemicals are discussed.
Autism spectrum disorder (ASD) is a complex neurodevelopmental monogenic disorder with a strong genetic influence. Idiopathic autism could be defined as a type of autism that does not have a specific causative agent. Among signalling cascades, mTOR signalling pathway plays a pivotal role not only in cell cycle, but also in protein synthesis and regulation of brain homeostasis in ASD patients. The present review highlights, underlying mechanism of mTOR and its role in altered signalling cascades as a triggering factor in the onset of idiopathic autism. Further, this review discusses how distorted mTOR signalling pathway stimulates truncated translation in neuronal cells and leads to downregulation of protein synthesis at dendritic spines of the brain. This review concludes by suggesting downstream regulators such as p70S6K, eIF4B, eIF4E of mTOR signalling pathway as promising therapeutic targets for idiopathic autistic individuals.
Tuberous sclerosis complex (TSC) is a genetic multisystem disorder that results from mutations in the TSC1 or TSC2 genes, and is associated with hamartomas in several organs, including subependymal giant cell tumors. The neurological manifestations of TSC are particularly challenging and include infantile spasms, intractable epilepsy, cognitive disabilities, and autism. The TSC1- and TSC2-encoded proteins modulate cell function via the mammalian target of rapamycin (mTOR) signaling cascade, and are key factors in the regulation of cell growth and proliferation. The mTOR pathway provides an intersection for an intricate network of protein cascades that respond to cellular nutrition, energy levels, and growth factor stimulation. In the brain, TSC1 and TSC2 have been implicated in cell body size, dendritic arborization, axonal outgrowth and targeting, neuronal migration, cortical lamination, and spine formation. The mTOR pathway represents a logical candidate for drug targeting, because mTOR regulates multiple cellular functions that may contribute to epileptogenesis, including protein synthesis, cell growth and proliferation, and synaptic plasticity. Antagonism of the mTOR pathway with rapamycin and related compounds may provide new therapeutic options for TSC patients.
Li, Jun-Chuan;Zhu, Hong-Yu;Chen, Ting-Xuan;Zou, Lan-Ying;Wang, Xiao-Yan;Zhao, Hui-Chuan;Xu, Jun
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.14
no.10
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pp.5925-5928
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2013
Objective: This study aimed to examine the relationship between expression of mammal target of rapamycin (mTOR) and phosphorylation of mTOR (p-mTOR) protein in the PI3K/Akt/mTOR signaling pathways in gastrointestinal stromal tumors and relatiuonships with clinical factors. Methods: Immunohistochemistry was used to detect the expression of the associated proteins mTOR, p-mTOR, and phosphorylation of the tumor suppressor genes PTEN, P27, VEGF, and EGFR in 40 cases of gastrointestinal stromal tumors, with division into a very low and low risk group as well as a moderate and high risk group. Results: The positive rate of mTOR and p-mTOR was significantly increased in the moderate and high risk group compared with the very low and low risk group. The difference was statistically significant (P<0.05). When grouped according to size, the positive mTOR expression rate exhibited a statistical difference (P<0.05), which was significantly increased in the group of tumors larger than 5 cm. The difference in the positive mTOR and p-mTOR expression rate exhibit no statistical significance among the PTEN, P27, VEGF, and EGFR expression subgroups (P>0.05). Conclusion: The different expressions of mTOR and p-mTOR in the signal transduction pathway of gastrointestinal stromal tumor in the different degree-of-risk groups suggested that the mTOR and p-mTOR of the signal transduction pathway serve an important function in the occurrence and development of gastrointestinal stromal tumors.
The serine/threonine kinase mTOR is essential for the phosphoinositide 3-kinases (PI3K) signaling pathway, and regulates the development and function of immune cells. Aberrant activation of mTOR signaling pathway is associated with many cancers including leukemia. Here, we report the contributions of mTOR signaling to growth of human leukemic cell lines and mouse T-cell acute leukemia (T-ALL) cells. Torin, an ATP-competitive mTOR inhibitor, was found to have both cytotoxic and cytostatic effects on U-937, THP-1, and RPMI-8226 cells, but not on Jurkat or K-562 cells. All cells were relatively resistant to rapamycin even with suppressed activity of mTOR complex 1. Growth of T-ALL cells induced by Notch1 was profoundly affected by torin partially due to increased expression of Bcl2l11 and Bbc3. Of note, activation of Akt or knockdown of FoxO1 mitigated the effect of mTOR inhibition on T-ALL cells. Our data provide insight on the effect of mTOR inhibitors on the survival and proliferation of leukemic cells, thus further improving our understanding on cell-context-dependent impacts of mTOR signaling. [BMB Reports 2016; 49(1): 63-68]
Kim, Bo Min;Kim, Guen Tae;Kim, Eun Ji;Lim, Eun Gyeong;Kim, Sang-Yong;Kim, Young Min
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.45
no.12
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pp.1708-1716
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2016
The Akt/mammalian target of the rapamycin (mTOR) pathway is activated in the majority of human cancers. Activation of the Akt/mTOR pathway confers resistance to many types of cancer therapy. In this study, we evaluated the apoptotic effect of ethanol extract of Artemisia annua L. through down-regulation of Akt signal pathways and the mitochondrial pathway in hepato-carcinoma cells (HepG2). A. annua extract is known as a medicinal herb that is effective against cancer. We evaluated anti-proliferative activity by MTT-based viability assay and apoptotic effect by Annexin-V/PI staining, mitochondrial membrane potential (MMP), and caspase-3/7 activity as determined by flow cytometry. A. annua treatment led to loss of MMP, resulting in cytochrome c-inducible activation of caspase-3/7. Treatment with A. annua extract reduced activities of Akt/mTOR/anti-apoptotic proteins (such as Bcl-2 and $Bcl-X_L$), leading to increased activation of tumor suppressor p53 and pro-apoptotic proteins (such as Bax and Bak). We applied LY294002 (inhibitor of Akt) and rapamycin (inhibitor of mTOR) to determine the relationship between signal transduction of proteins associated with apoptosis. LY294002 and rapamycin significantly reduced cell viability and increased apoptosis. These results indicate that Bcl-2 and caspase-3 are key regulators in A. annua extract-induced apoptosis in HepG2 cells and are controlled through the Akt/mTOR signaling pathway.
Amino acids are fundamental nutrients for protein synthesis and cell growth (increase in cell size). Recently, many compelling evidences have shown that the level of amino acids is sensed by extra- or intra-cellular amino acids sensor(s) and regulates protein synthesis/degradation. Mammalian target of rapamycin complex 1 (mTORC1) is placed in a central position in cell growth regulation and dysregulation of mTOR signaling pathway has been implicated in many serious human diseases including cancer, diabetes, and tissue hypertrophy. Although amino acids are the most potent activator of mTORC1, how amino acids activate mTOR signaling pathway is still largely unknown. This is partly because of the diversity of amino acids themselves including structure and metabolism. In this review, current proposed amino acid sensing mechanisms to regulate mTORC1 and the evidences pro/against the proposed models are discussed.
Liu, Ai Ling;Liao, Hong Qing;Li, Zhi Liang;Liu, Jun;Zhou, Cui Lan;Guo, Zi Fen;Xie, Hong Yan;Peng, Cui Ying
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.17
no.12
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pp.5087-5094
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2016
mTOR, the mammalian target of rapamycin, is a conserved serine/threonine kinase which belongs to the phosphatidyl-linositol kinase-related kinase (PIKK) family. It has two complexes called mTORC1 and mTORC2. It is well established that mTOR plays important roles in cell growth, proliferation and differentiation. Over-activation of the mTOR pathway is considered to have a relationship with the development of many types of diseases, including polycystic ovary syndrome (PCOS) and ovarian cancer (OC). mTOR pathway inhibitors, such as rapamycin and its derivatives, can directly or indirectly treat or relieve the symptoms of patients suffering from PCOS or OC. Moreover, mTOR inhibitors in combination with other chemical-molecular agents may have extraordinary efficacy. This paper will discuss links between mTOR signaling and PCOS and OC, and explore the mechanisms of mTOR inhibitors in treating these two diseases, with conclusions regarding the most effective therapeutic approaches.
Background: T-cell acute lymphoblastic leukemia (T-ALL) is a kind of aggressive hematological cancer, and the PI3K/Akt/mTOR signaling pathway is activated in most patients with T-ALL and responsible for poor prognosis. 20(S)-Ginsenoside Rh2 (20(S)-GRh2) is a major active compound extracted from ginseng, which exhibits anti-cancer effects. However, the underlying anticancer mechanisms of 20(S)-GRh2 targeting the PI3K/Akt/mTOR pathway in T-ALL have not been explored. Methods: Cell growth and cell cycle were determined to investigate the effect of 20(S)-GRh2 on ALL cells. PI3K/Akt/mTOR pathway-related proteins were detected in 20(S)-GRh2-treated Jurkat cells by immunoblotting. Antitumor effect of 20(S)-GRh2 against T-ALL was investigated in xenograft mice. The mechanisms of 20(S)-GRh2 against T-ALL were examined by cell proliferation, apoptosis, and autophagy. Results: In the present study, the results showed that 20(S)-GRh2 decreased cell growth and arrested cell cycle at the G1 phase in ALL cells. 20(S)-GRh2 induced apoptosis through enhancing reactive oxygen species generation and upregulating apoptosis-related proteins. 20(S)-GRh2 significantly elevated the levels of pEGFP-LC3 and autophagy-related proteins in Jurkat cells. Furthermore, the PI3K/Akt/mTOR signaling pathway was effectively blocked by 20(S)-GRh2. 20(S)-GRh2 suppressed cell proliferation and promoted apoptosis and autophagy by suppressing the PI3K/Akt/mTOR pathway in Jurkat cells. Finally, 20(S)-GRh2 alleviated symptoms of leukemia and reduced the number of white blood cells and CD3 staining in the spleen of xenograft mice, indicating antitumor effects against T-ALL in vivo. Conclusion: These findings indicate that 20(S)-GRh2 exhibits beneficial effects against T-ALL through the PI3K/Akt/mTOR pathway and could be a natural product of novel target for T-ALL therapy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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