Nat Chem Biol丨张瑾团队开发新型mTORC1抑制剂

同一个蛋白，在细胞的不同角落，可能做着截然不同的事。这个问题在 mTORC1 研究领域尤为突出。 mTORC1 是细胞内的核心营养感应器，负责整合生长因子与氨基酸信号，调控蛋白质合成、自噬与细胞增殖。经典模型认为 mTORC1 主要在溶酶体上激活，但越来越多的证据表明， mTORC1 在细胞核、线粒体、质膜等多个亚细胞位置均有活性。

然而，不同位置的 mTORC1 各自承担什么功能？这一问题长期悬而未决 —— 现有的抑制手段（雷帕霉素、 Torin 1 等小分子抑制剂，以及 Raptor/ Rheb 基因敲降）均作用于全局，无法区分不同亚细胞池的功能。

近日， 来自加州大学圣地亚哥分校的JinZhang(张瑾)实验室 在 Nature Chemical Biology 发表了研究： Genetically targeted mTORC1 inhibitor reveals transcriptional control by nuclear mTORC1 。 团队开发了TerminaTOR（ Targetable and Encodable Repressor to Minimize Activity of mTORC1 ），一种可基因编码、可精准靶向特定亚细胞位置的mTORC1抑制剂。

TerminaTOR 以内源性 mTORC1 抑制蛋白 PRAS40 为模板，保留其与 mTORC1 结合的三个关键结构域（ TOS 基序、 β-strand 、 α-helix ），同时去除 Akt 和 mTORC1 依赖的磷酸化调控位点，使其成为不受上游信号干扰的组成型抑制剂 , 最终筛选出的功能性片段即为 TerminaTOR ， 其 通过竞争性结合 mTORC1 ，空间位阻阻断内源底物（ S6K1 、 4EBP1 等）的磷酸化。

实验 显示， 与现有抑制剂相比， TerminaTOR 展现出显著优势：抑制效果 优于雷帕霉素 ， 对 4EBP1 的抑制更完全（ 雷帕霉素 对 4EBP1 抑制不完全是已知缺陷） ；对 mTORC1 具有 选择性 ， 不影响 另一个结构功能都不相同的 mTOR 复合物 mTORC2 活性 （ ATP 类似物抑制剂，如 Torin 1 会同时抑制 mTORC1 和 mTORC2 ）。 免疫沉淀 - 质谱 实验证明 TerminaTOR 具有高特异性， 与 mTOR 和 Raptor 结合， 但几乎 不 和其他细 胞内激酶结合。活细胞成像也显示 TerminaTOR 不 干扰 PKA 、 PKC 和 AKT 激酶通路 的激活。 总的来说， TerminaTOR 对细胞内 mTORC1 具有高效特异的抑制效果。

可基因编辑的 TerminaTOR 有一个优势，那就是可以和不同的细胞器定位信号融合被 “ 安排 ” 在特定的细胞器从而实现对细胞特定位置的 mTORC1 活性的抑制。作者首先将 TerminaTOR 定位到溶酶体 —— 经典的 mTORC1 活化的位置 —— 来抑制溶酶体 mTORC1 ，发现即使在营养充分的培养基里溶酶体定位的 TerminaTOR 可以诱导细胞自噬， 和传统的饥饿处理有相同的表型，印证了 TerminaTOR 对 mTORC1 在功能上的抑制，同时证实了溶酶体的 mTORC1 是抑制细胞自噬的关键。作者 接下来 对 TerminaTOR 的定位进行 了 优化，通过 H2A 组蛋白融合与出核序列的突变策略，实现了 TerminaTOR 在细胞核的严格定位，从而使 TerminaTOR 在抑制细胞核 mTORC1 的同时不影响其他位置的 mTORC1 。作者利用核定位的 TerminaTOR 展开转录组分析，发现细胞核 mTORC1 直接调控含 CCAAT 基序的基因。 考虑到 CCAAT 基序和组蛋白乙酰转移酶 p300 的相关性以及 p300 被 mTORC1 磷酸化的事实，作者提出细胞核 mTORC1 通过磷酸化 p300 影响其活性从而 调控特定基因转录的可能性。作者进一步验证了核定位的 TerminaTOR 表达显著降低 H3K56 乙酰化水平（ p300 的底物），同时 p300 激活剂 CTB 可恢复表达核定位 TerminaTOR 细胞中 CCAAT 靶基因的表达。这些结果揭示生长因子 →mTORC1→p300→CCAAT 基因转录的全新信号轴。最后，作者发现细胞核定位的 TerminaTOR 表达在 口腔鳞 癌细胞 可显著降低癌细胞的细胞活力和集落形成能力，提示核 mTORC1 的转录调控功能对癌细胞增殖至关重要，或可成为头颈部鳞癌治疗的新靶点。

综上，TerminaTOR是首个可基因编码、精准靶向特定亚细胞位置的mTORC1抑制剂，为mTORC1空间生物学研究提供了强大的新工具。该研究揭示了核 mTORC1 在基因转录调控中的非经典功能，为理解 mTORC1 在癌症等疾病中的作用开辟了新维度。它提示，对于任何在细胞内广泛分布的信号分子， ” 它做什么 ” 与 “ 它在哪里 做 ” 同样重要， ” 它在哪里做 ” 甚至可能更重要。全局性的激活或抑制，掩盖的恰恰是最有意思的功能差异。对于癌症研究而言，这一视角尤具价值。

加州大学圣地亚哥分校博士生钟阳皓和 Ayse Sahan 为共同第一作者，博士后邵正尧和博士生 Qian- yi Zhang 在本研究做出了重要贡献，张瑾教授为本文的通讯作者。

https://www.nature.com/articles/s41589-026-02188-z

制版人： 十一

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