MAP4K3 regulation of cellular stress response pathways in health and disease
MAP4K3 对健康和疾病中细胞应激反应途径的调节
基本信息
- 批准号:10530025
- 负责人:
- 金额:$ 202.26万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2008
- 资助国家:美国
- 起止时间:2008-12-01 至 2025-08-31
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:5&apos-AMP-activated protein kinaseAgeAmino Acid SubstitutionAmino AcidsAutophagocytosisBiologicalBiological AssayBrainCell Cycle CheckpointCell LineCell NucleusCell SurvivalCellsCellular StressCellular Stress ResponseComplexCoupledCritical PathwaysDNADNA DamageDimerizationDiseaseDisinhibitionDoseEmbryoFRAP1 geneFrontotemporal DementiaFundingGenerationsGoalsHealthHomeostasisIn VitroKnock-in MouseLeadLinkLysosomesMalignant NeoplasmsMetabolicMetabolismMolecularMolecular ConformationMusNatureNerve DegenerationNutrientOrganPathway interactionsPenetrationPharmaceutical PreparationsPhenotypePhosphorylationPhysiologicalProcessProtein KinaseProteomicsRegimenRegulationRisk FactorsRoleSIRT1 geneSTK11 geneSeriesSerineSignal PathwaySignal TransductionSiteStructure-Activity RelationshipSurfaceTSC1 geneTSC2 geneTauopathiesTestingTherapeuticThreonineTissuesTuberous SclerosisValidationWorkbasecancer therapycell growth regulationdisease phenotypedrug discoveryextracellularin silicoinhibitorinhibitor therapykinase inhibitormouse modelnervous system disorderpharmacokinetics and pharmacodynamicsphosphoproteomicspotency testingpreclinical trialprotein complexrecruitresponsescreeningsmall moleculetranscription factor
项目摘要
Regulation of cellular metabolic status is determined by the mTORC1 complex, which senses systemic nutrient
levels and intracellular nutrients. We set out to define the signaling pathways controlling autophagy activation,
and discovered that MAP4K3 phosphorylation of transcription factor EB (TFEB) dictates autophagy status in
the cell, and documented that MAP4K3 autophagy regulation lies upstream of mTORC1 autophagy regulation.
MAP4K3 activates mTORC1 when amino acids are plentiful, but the basis for this regulation is ill-defined.
During the current funding cycle, we delineated the MAP4K3 – mTORC1 signaling pathway, linking MAP4K3
activation of mTORC1 to inhibition of AMP-activated protein kinase. Our findings reveal MAP4K3 inhibition of
AMPK may occur via phosphorylation of Sirtuin-1 resulting in LKB1 inactivation. To understand the scope of
MAP4K3 function, we completed an interactome and phosphoproteomics analysis, and implicated MAP4K3 in
regulation of the GATOR1/2 complex, which controls mTORC1 localization to the lysosome, a prerequisite step
for mTORC1 activation. We also determined that MAP4K3 can localize to the nucleus, and may participate in
the DNA damage response. All these findings indicate that MAP4K3 is a central node for the regulation of
cellular homeostasis, serving as a nexus for cross-talk between pathways of metabolism, cell stress,
and cell survival. We have begun to examine the physiological relevance of MAP4K3 phosphoregulation by
deriving lines of mice with phosphoresistant and phosphomimetic amino acid substitutions at the TFEB serine
residue (S3) subject to MAP4K3 phosphorylation. As mTORC1 dysregulation is implicated in cancer and
neurological disease, our results suggest that one appealing therapeutic strategy for diseases of altered mTOR
signaling function would be to develop drugs to inhibit MAP4K3. To achieve this goal, we performed in silico
screening for small molecules that interfere with MAP4K3 open pocket dimerization, and evaluated 13
compounds in a series of secondary and tertiary assays, identifying three promising hits. In this renewal
project, we will define components of the MAP4K3 amino acid sensing dependent pathway of mTORC1
activation and delineate the molecular basis for MAP4K3 regulation of mTORC1 activation, focusing on Sirtuin-
1 phosphoregulation by MAP4K3 and the nature of MAP4K3 interaction with the GATOR1/2 complex. We
propose to assess MAP4K3 regulation of autophagy and cell stress by carefully characterizing phenotypes and
autophagy function in TFEB S3A and S3E mice, and determining if MAP4K3 is involved in modulating DNA
damage responses. We will build on our MAP4K3 inhibitor translational drug discovery work by honing in on
the most promising lead compounds through structure-activity relationship generation of a compound series,
coupled with an independent in silico screen and kinase inhibitor potency testing followed by a critical path of
validation assays, and we will test if our lead MAP4K3 inhibitor(s) can rescue disease phenotypes in a mouse
model of tuberous sclerosis complex (TSC) and in frontotemporal dementia / tauopathy Tsc1 +/- mice .
细胞代谢状态的调节由 mTORC1 复合物决定,该复合物可感知全身营养
我们着手定义控制自噬激活的信号通路,
并发现转录因子 EB (TFEB) 的 MAP4K3 磷酸化决定了自噬状态
细胞,并记录了 MAP4K3 自噬调节位于 mTORC1 自噬调节的上游。
当氨基酸充足时,MAP4K3 会激活 mTORC1,但这种调节的基础尚不明确。
在当前的融资周期中,我们描绘了 MAP4K3 – mTORC1 信号通路,将 MAP4K3 连接起来
mTORC1 的激活抑制 AMP 激活的蛋白激酶 我们的研究结果揭示了 MAP4K3 的抑制作用。
AMPK 可能通过 Sirtuin-1 磷酸化而发生,导致 LKB1 失活 了解其范围。
MAP4K3 功能,我们完成了相互作用组和磷酸蛋白质组分析,并暗示 MAP4K3
GATOR1/2 复合体的调节,控制 mTORC1 定位到溶酶体,这是一个先决步骤
我们还确定 MAP4K3 可以定位于细胞核,并可能参与 mTORC1 激活。
所有这些发现表明 MAP4K3 是调节 DNA 损伤反应的中心节点。
细胞稳态,作为代谢途径、细胞应激、
我们已经开始通过以下方法研究 MAP4K3 磷酸调节的生理相关性。
衍生出 TFEB 丝氨酸具有抗磷性和拟磷性氨基酸取代的小鼠品系
残基 (S3) 会被 MAP4K3 磷酸化,因为 mTORC1 失调与癌症有关。
神经系统疾病,我们的结果表明 mTOR 疾病的一种有吸引力的治疗策略
信号传导功能将是开发抑制 MAP4K3 的药物。为了实现这一目标,我们进行了计算机模拟。
筛选干扰 MAP4K3 开放口袋二聚化的小分子,并评估 13
化合物进行了一系列二级和三级测定,在这次更新中确定了三个有希望的化合物。
项目中,我们将定义 mTORC1 MAP4K3 氨基酸传感依赖性通路的组成部分
激活并描述 MAP4K3 调节 mTORC1 激活的分子基础,重点关注 Sirtuin-
1 MAP4K3 的磷酸调节以及 MAP4K3 与 GATOR1/2 复合物相互作用的性质。
建议通过仔细表征表型和细胞应激来评估 MAP4K3 对自噬和细胞应激的调节
TFEB S3A 和 S3E 小鼠的自噬功能,并确定 MAP4K3 是否参与 DNA 调节
我们将通过磨练我们的 MAP4K3 抑制剂转化药物发现工作。
通过化合物系列的构效关系生成最有前途的先导化合物,
加上独立的计算机筛选和激酶抑制剂效力测试,然后是关键路径
验证测定,我们将测试我们的主要 MAP4K3 抑制剂是否可以挽救小鼠的疾病表型
结节性硬化症 (TSC) 模型和额颞叶痴呆/tau 蛋白病 Tsc1 +/- 小鼠。
项目成果
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