mTORは、タンパク質毒性ストレス反応、HSF1活性化、熱ショックタンパク質合成に不可欠です

ラパマイシン（TOR）の標的は、栄養素の利用可能性の変動に応じて細胞の多くのプロセスを調節する高分子量プロテインキナーゼです。ここでは、ヒト組織培養細胞のmTORがタンパク質毒性ストレスに対する反応に重要な役割を果たし、RNA干渉によるmTORレベルの低下が熱ショックに対する感受性を高めることを示しました。この効果には、HSP70、HSP90、HSP110を含む熱ショックタンパク質（HSP）を合成する能力の劇的な減少が伴いました。HSP転写は熱ショック転写因子1（HSF1）によって調節されるため、MTORがこの因子を直接リン酸化できるかどうかを調べました。実際、MTORは、転写活性化の重要な残基であるセリン326でHSF1を直接リン酸化できると判断しました。HSF1は、熱ショックの直後にS326でリン酸化され、プロテアソーム阻害剤やヒ素ナトリウムを含む他の細胞ストレッサーによって引き起こされました。S326のアラニンへのヌル変異は、HSF1調節プロモーターレポーターコンストラクトを活性化する能力の喪失をもたらし、ストレス中のHSP遺伝子の転写調節におけるMTORおよびS326の直接的な役割を示しています。MTORは少なくとも2つの細胞内複合体、MTORC1とMTOR2に存在することが知られているため、どの複合体がHSF1と相互作用する可能性があるかを調べました。実際、MTORC1阻害剤ラパマイシンはHSF1-S326リン酸化を予防し、この複合体がストレスのHSF1調節に関与していることを示唆しています。したがって、私たちの実験は、タンパク質毒性ストレスに対する転写反応におけるMTORC1の重要な役割を示唆しています。

The target of rapamycin (TOR) is a high molecular weight protein kinase that regulates many processes in cells in response to mitogens and variations in nutrient availability. Here we have shown that mTOR in human tissue culture cells plays a key role in responses to proteotoxic stress and that reduction in mTOR levels by RNA interference leads to increase sensitivity to heat shock. This effect was accompanied by a drastic reduction in ability to synthesize heat shock proteins (HSP), including Hsp70, Hsp90 and Hsp110. As HSP transcription is regulated by heat shock transcription factor 1 (HSF1), we examined whether mTOR could directly phosphorylate this factor. Indeed, we determined that mTOR could directly phosphorylate HSF1 on serine 326, a key residue in transcriptional activation. HSF1 was phosphorylated on S326 immediately after heat shock and was triggered by other cell stressors including proteasome inhibitors and sodium arsenite. Null mutation of S326 to alanine led to loss of ability to activate an HSF1-regulated promoter-reporter construct, indicating a direct role for mTOR and S326 in transcriptional regulation of HSP genes during stress. As mTOR is known to exist in at least two intracellular complexes, mTORC1 and mTOR2 we examined which complex might interact with HSF1. Indeed mTORC1 inhibitor rapamycin prevented HSF1-S326 phosphorylation, suggesting that this complex is involved in HSF1 regulation in stress. Our experiments therefore suggest a key role for mTORC1 in transcriptional responses to proteotoxic stress.