Nat Chem Biol丨张瑾团队开发新型mTORC1抑制剂|基序|张瑾(羽毛球运动员)|细胞|蛋白|雷帕

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

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