更新于：2024-11-01

mTOR x mTORC1 x FKBP12

更新于：2024-11-01

基本信息

关联

项与 mTOR x mTORC1 x FKBP12 相关的药物

RapaLink-1

靶点

FKBP12 x mTOR x mTORC1

作用机制

FKBP12配体 [+2]

在研机构

Memorial Sloan Kettering Cancer Center [+3]

原研机构

University of California [+2]

在研适应症

胶质母细胞瘤 [+1]

非在研适应症-

最高研发阶段临床前

首次获批国家/地区-

首次获批日期1800-01-20

100 项与 mTOR x mTORC1 x FKBP12 相关的临床结果

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100 项与 mTOR x mTORC1 x FKBP12 相关的转化医学

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项与 mTOR x mTORC1 x FKBP12 相关的文献（医药）

2024-06-01·Neurochemistry International

Rapamycin improves the survival of epilepsy model cells by blocking phosphorylation of mTOR base on computer simulations and cellular experiments

Article

作者: Gong, Yunli ; Liu, Dengxin ; Wu, Mei ; Ma, Xuntai ; Li, Kezhou ; Ying, Xiran ; Cao, Jun-Feng ; Xiong, Li ; Zhang, Xiao ; Qi, Yue

PURPOSEEpilepsy is a chronic brain dysfunction characterized by recurrent epileptic seizures. Rapamycin is a naturally occurring macrolide from Streptomyces hygroscopicus, and rapamycin may provide a protective effect on the nervous system by affecting mTOR. Therefore, we investigated the pharmacologic mechanism of rapamycin treating epilepsy through bioinformatics analysis, cellular experiments and supercomputer simulation.METHODSBioinformatics analysis was used to analyze targets of rapamycin treating epilepsy. We established epilepsy cell model by HT22 cells. RT-qPCR, WB and IF were used to verify the effects of rapamycin on mTOR at gene level and protein level. Computer simulations were used to model and evaluate the stability of rapamycin binding to mTOR protein.RESULTSBioinformatics indicated mTOR played an essential role in signaling pathways of cell growth and cell metabolism. Cellular experiments showed that rapamycin could promote cell survival, and rapamycin did not have an effect on mRNA expression of mTOR. However, rapamycin was able to significantly inhibit the phosphorylation of mTOR at protein level. Computer simulations indicated that rapamycin was involved in the treatment of epilepsy through regulating phosphorylation of mTOR at protein level.CONCLUSIONWe found that rapamycin was capable of promoting the survival of epilepsy cells by inhibiting the phosphorylation of mTOR at protein level, and rapamycin did not have an effect on mRNA expression of mTOR. In addition to the traditional study that rapamycin affects mTORC1 complex by acting on FKBP12, this study found rapamycin could also directly block the phosphorylation of mTOR, therefore affecting the assembly of mTORC1 complex and mTOR signaling pathway.

2023-12-01·MedComm

Ubiquitin‐specific protease 22 promotes tumorigenesis and progression by an FKBP12/mTORC1/autophagy positive feedback loop in hepatocellular carcinoma

Article

作者: Xu, Xiao ; Zhang, Lincheng ; Zhou, Wei ; Xu, Shengjun ; Zheng, Shusen ; Ye, Qianwei ; Ling, Sunbin ; Que, Qingyang ; Zhan, Qifan

AbstractUbiquitin‐specific protease 22 (USP22) has been identified as a potential marker for cancer stem cells in hepatocellular carcinoma (HCC). It can promote HCC stemness, which is considered a driver of tumorigenesis. Here, we sought to determine the role of USP22 in tumorigenesis, elucidate its underlying mechanism, and explore its therapeutic significance in HCC. As a result, we found that tissue‐specific Usp22 overexpression accelerated tumorigenesis, whereas Usp22 ablation decelerated it in a c‐Myc/NRasGV12‐induced HCC mouse model and that the mammalian target of rapamycin complex 1 (mTORC1) pathway was activated downstream. USP22 overexpression resulted in increased tumorigenic properties that were reversed by rapamycin in vitro and in vivo. In addition, USP22 activated mTORC1 by deubiquitinating FK506‐binding protein 12 (FKBP12) and activated mTORC1, in turn, further stabilizing USP22 by inhibiting autophagic degradation. Clinically, HCC patients with high USP22 expression tend to benefit from mTOR inhibitors after liver transplantation (LT). Our results revealed that USP22 promoted tumorigenesis and progression via an FKBP12/mTORC1/autophagy positive feedback loop in HCC. Clinically, USP22 may be an effective biomarker for selecting eligible recipients with HCC for anti‐mTOR‐based therapy after LT.

2022-09-22·Nature1区 · 综合性期刊

Brain-restricted mTOR inhibition with binary pharmacology

1区 · 综合性期刊

Article

作者: Weiss, William A ; Lou, Kevin ; Shokat, Kevan M ; Luo, Xujun ; Zhang, Ziyang ; Fan, Qiwen

AbstractOn-target–off-tissue drug engagement is an important source of adverse effects that constrains the therapeutic window of drug candidates1,2. In diseases of the central nervous system, drugs with brain-restricted pharmacology are highly desirable. Here we report a strategy to achieve inhibition of mammalian target of rapamycin (mTOR) while sparing mTOR activity elsewhere through the use of the brain-permeable mTOR inhibitor RapaLink-1 and the brain-impermeable FKBP12 ligand RapaBlock. We show that this drug combination mitigates the systemic effects of mTOR inhibitors but retains the efficacy of RapaLink-1 in glioblastoma xenografts. We further present a general method to design cell-permeable, FKBP12-dependent kinase inhibitors from known drug scaffolds. These inhibitors are sensitive to deactivation by RapaBlock, enabling the brain-restricted inhibition of their respective kinase targets.

项与 mTOR x mTORC1 x FKBP12 相关的新闻（医药）

2022-10-17

·生物制品圈

新型mTOR抑制剂的设计与机制研究

小分子药物的使用通常会导致全身的药理作用，这会同时提高药效和毒性，并影响其治疗指数。虽然脱靶效应可以通过改善药物特异性的化学修饰来缓解，但靶向-组织外毒性是一项独特的挑战，需要精确控制组织分区。靶向-组织外毒性会影响常用药物，如他汀类药物(骨骼肌中HMG CoA还原酶抑制导致肌病)和第一代抗组胺药(大脑中H1受体被阻断导致嗜睡)，及其他有效治疗药物的安全使用。mTOR的化学抑制剂就是一个很好的例子。尽管在许多中枢神经系统(central nervous system, CNS)疾病中已经研发了变构和正构mTOR抑制剂，包括结节性硬化症、胶质母细胞瘤和酒精使用障碍，但mTOR的全身抑制与各种剂量限制不良反应相关（如免疫抑制、代谢障碍和儿童生长抑制）。如果这些mTOR抑制剂的药理作用能够局限于中枢神经系统，那么它们的治疗窗口将大大拓宽。 mTOR激酶的靶向治疗可以通过变构和正构两种方式实现。目前mTOR抑制剂主要分为三类：抗生素变构mTOR抑制剂(第一代)、ATP竞争性mTOR抑制剂(第二代)和其他新型mTOR抑制剂(第三代)。第一代mTOR抑制剂一般是指抗生素类变构mTOR抑制剂，主要是雷帕霉素(Rapamycin)及其衍生物(Rapalogs)。雷帕霉素并不直接抑制mTOR 活性，它与FK506结合蛋白12(FK506-binding protein 12, FKBP12)结合形成FKBP12-雷帕霉素复合物，该复合物再结合mTOR的FRB结构域，其中，雷帕霉素嵌入由 FKBP12 和 mTOR 的 FRB 结构域形成的空腔中，改变mTOR的构象，从而以变构的方式抑制mTORC1活性。因此FKBP12只是雷帕霉素介导的 mTORC1 抑制的辅助因子。第二代mTOR抑制剂主要是ATP竞争性抑制剂，与mTOR激酶结构域中的ATP结合位点结合。第三代mTOR抑制剂RapaLink-1是将雷帕霉素和mTOR激酶抑制剂MLN018整合到同一个分子上而获得的，其通过结合FKBP12的FRB结构域作用于mTOR，同时连接的小分子抑制剂MLN018作用于mTOR激酶结构域。尽管其分子量较大(1784 Da)，与早期的mTOR抑制剂相比，RapaLink-1在促进胶质母细胞瘤消退方面表现出了增强的体内疗效。由于RapaLink-1含有一个TOR激酶抑制剂(TOR kinase inhibitor, TORKi)部分，它与ATP口袋结合。为了知道RapaLink-1与FKBP12的相互作用是否对其抑制mTOR必不可少，研究人员用纯化的mTOR蛋白进行了体外激酶测定，发现无论FKBP12存在与否，RapaLink-1均表现出与MLN0128 (RapaLink-1的TORKi部分)相同的半最大抑制浓度(half-maximal inhibitory concentration , IC50)值。这表明在无细胞环境下，RapaLink-1可以不依赖FKBP12而作用mTOR的活性位点。然而，当研究者在细胞中测试RapaLink-1时，他们观察到FKBP12对mTOR的抑制有很强的依赖性。在表达dCas9-KRAB的K562细胞中，用两种不同的sgRNA敲除FKBP12基因极大地阻碍了其细胞活性。当他们使用FK506 (FKBP12的高亲和力天然配体)阻断FKBP12的配体结合位点时，这种作用更加明显。用western blot检测mTOR信号，观察到类似的RapaLink-1对FKBP12的依赖性。10 nM的RapaLink-1将磷酸化的 S6 (S240/244)和磷酸化的4EBP蛋白 (T37/46)降低到几乎无法检测到的水平，而10 nM的RapaLink-1和10 μ M FK506的组合对这两种标记均无影响。这些结果强调，尽管FKBP12不是RapaLink-1在体外结合和抑制mTOR活性位点所必需的，但它是细胞活性所必需的，其可能是RapaLink-1在细胞内积累的接收器。基于这一发现，研究者提出了一种化学策略，将已知的激酶抑制剂转化为FKBP12依赖的形式，可以实现对其他激酶靶点的脑特异性抑制：通过脑透性mTOR抑制剂(RapaLink-1)+FKBP12来在脑内发挥功能，而联合使用FKBP12的脑非渗透抑制剂(RapaBlock)来阻断脑外FKBP12对RapaLink-1的依赖作用。当RapaLink-1和RapaBlock这两种药物联合使用时，可促进在胶质母细胞瘤消退且检测不到全身毒性。为了确定具有适当通透性的候选FKBP12抑制剂(即细胞通透性但不渗透血脑屏障(blood–brain barrier, BBB))，他们考虑了已知的天然和合成的高亲和力FKBP12配体(例如FK506，rapamycin和SLF/Shield-1)，但所有这些化合物都很容易穿过血脑屏障。因此，他们合成了一组SLF和FK506的衍生物，其中一些完全阻断了RapaLink-1对mTOR的抑制。他们对四种具有不同侧链化学类型的化合物进行了额外的体内筛选，分别分析了用RapaLink-1和候选化合物(分别为1和40 mg/kg)组合处理的小鼠的大脑和骨骼肌组织中的mTOR信号。FK506的吡啶氮氧化物衍生物(06-041)可以保护周围组织不受RapaLink-1的影响，但允许大脑中mTOR的有效抑制，他们将其命名为“RapaBlock”。此外，修饰FK506的C21烯丙基还有一个额外的好处——它取消了与FK506的天然靶标钙调神经醛酸的结合，其抑制会导致活化T细胞核因子(Nuclear factor of activated T cells, NFAT)信号的抑制，从而导致免疫抑制。RapaBlock和FK506同FKBP12的结合具有相当的亲和力(抑制常数(Ki)分别为3.1 nM和1.7 nM)，但与FK506不同的是，RapaBlock对钙调磷酸酶没有表现出任何抑制活性。在细胞中，RapaBlock(最多10µM)本身不会影响mTOR信号，但会以剂量依赖性的方式减弱RapaLink-1的药理作用。RapaBlock在阻断雷帕霉素方面似乎更有效，其以100:1的化学计量率将磷酸化S6信号恢复到与未处理细胞相同的水平。这些数据表明，RapaBlock通过与细胞内FKBP12的竞争性结合，使RapaLink-1和雷帕霉素无法抑制mTOR。为了检验RapaLink-1和RapaBlock的联合作用是否能在体内对mTOR产生脑特异性抑制，他们用RapaLink-1(1 mg/kg)或RapaLink-1(1 mg/kg)和RapaBlock(40 mg/kg)的联合作用治疗健康BALB/cnu/nu小鼠，在4小时或24小时后用胰岛素(250 mU)刺激mTOR活性，并通过免疫印迹分析解剖组织。RapaLink-1和RapaBlock组合显示出显著的组织特异性效应：与只使用RapaLink-1的小鼠相比，大脑中的mTOR活性受到了相当程度的抑制，但骨骼肌中的mTOR活性没有受到抑制，未出现mTOR抑制剂常见的靶向副作用，如体重减轻、糖代谢受损和肝毒性。接下来，研究人员在裸鼠中建立表达萤火虫荧光素酶的U87MG细胞原位颅内异种移植瘤模型，并用RapaLink-1 (1 mg / kg)、RapaBlock (40 mg / kg)或两者的联合注射治疗这些小鼠，每5天注射一次。所有治疗均耐受良好，体重无明显变化。RapaLink-1单独使用或与RapaBlock联合使用均能显著抑制肿瘤生长并提高生存率，而单独使用RapaBlock对两者均无显著影响。在建立了这样一种二元治疗方法来实现对mTOR的脑特异性抑制后，研究人员想知道是否同样的策略可以适用于其他需要脑限制性药理学的药物。一个关键的挑战是，要使这种方法普遍化，“活性”组件(如RapaLink-1)必须依赖于FKBP12的可用性。他们首先用GNE7915进行尝试，GNE7915是一种富含亮氨酸重复激酶2 (leucine-rich repeat kinase 2, LRRK2)的有效和特异性抑制剂，在治疗帕金森病的临床前研究中。最近的研究表明，小分子抑制剂对LRRK2的系统性抑制可诱导II型肺细胞的细胞质空泡化，这表明这些化合物存在潜在的安全隐患。他们将FK506和GNE7915的药效团与哌嗪基团进行化学连接，合成了FK-GNE7915。在体外LRRK2激酶试验中，FK-GNE7915是GNE7915的次等抑制剂(IC50分别为107 nM和3.0 nM)，尽管在实验中加入10 μ M FKBP12后其活性增强(IC50为21 nM)。然而，在量化磷酸化的LRRK2 (S935)水平作为LRRK2抑制标记的细胞试验中，FK-GNE7915比母化合物GNE7915更有效超过十倍(IC50分别为6.7 nM和81 nM)。这两个结果的并置表明FK506部分在FK-GNE7915增强的细胞效力中发挥了作用。他们推断，高亲和力FK506-FKBP12相互作用可以促进FK-GNE7915在细胞内的积累，类似于RapaLink-1的情况。这一特性允许研究人员通过控制FKBP12的可用性来编程抑制LRRK2。综上，通过利用雷帕霉素类似物对FKBP12的独特功能依赖性，研究人员开发了一种方法，通过同时使用强效mTOR抑制剂(RapaLink-1)和FKBP12的细胞渗透性、BBB不渗透性配体(RapaBlock)，实现脑特异性mTOR抑制。这种双重药理学策略实现了组织限制性mTOR抑制，降低了外周组织的毒性，并在异种胶质母细胞瘤模型中保持了RapaLink-1的治疗效果。基于这些发现，作者预期，同样的药物组合可能在其他由mTOR活性失调引起的中枢神经系统疾病(如酒精使用障碍)中具有更广泛的价值。这种方法与这些先例的不同之处在于，它不涉及两种对同一靶点或通路具有抵消作用的药物;相反，RapaBlock通过直接衰减激酶抑制剂的活性来控制组织特异性。因此，目前的体系具有适用于多种靶标的优势，只需要一个不变的RapaBlock分子和一个FKBP12依赖的抑制剂，可以根据FK506和先导化合物的结构轻松设计。虽然在本研究中关注的是蛋白质激酶，但似乎有理由期望该方法也适用于其他类的治疗靶点，如GTPase和组蛋白修饰酶。参考文献Ziyang Zhang, Qiwen Fan, Xujun Luo, Kevin Lou, William A Weiss, Kevan M Shokat. Brain-restricted mTOR inhibition with binary pharmacology. Nature. 2022 Sep;609(7928):822-828. doi: 10.1038/s41586-022-05213-y

免疫疗法小分子药物