AIMTOR、ライブイメージングのためのBRETバイオセンサーは、細胞内のmTORシグナル伝達と機能不全を明らかにする

AIMTOR, a BRET biosensor for live imaging, reveals subcellular mTOR signaling and dysfunctions.

• Nathalie Bouquier
• Enora Moutin
• Lionel A Tintignac
• Amandine Reverbel
• Elodie Jublanc
• Michael Sinnreich
• Yan Chastagnier
• Julien Averous
• Pierre Fafournoux
• Chiara Verpelli
• Tobias Boeckers
• Gilles Carnac
• Julie Perroy
• Vincent Ollendorff

抄録

背景:

mTORシグナル伝達は必須の栄養・エネルギーセンシング経路である。ここでは、生細胞におけるmTOR活性を研究するための高感度遺伝子コード化されたBRET(Bioluminescent Resonance Energy Transfer)バイオセンサーであるAIMTORについて述べる。

BACKGROUND: mTOR signaling is an essential nutrient and energetic sensing pathway. Here we describe AIMTOR, a sensitive genetically encoded BRET (Bioluminescent Resonance Energy Transfer) biosensor to study mTOR activity in living cells.

結果:

その結果、アミノ酸やインスリンなどのmTORC1の特定の阻害剤や活性化剤によって、AIMTORのBRET強度が変化することを、細胞株や初代培養細胞の両方で明らかにした。さらに、我々は、mTOR活性の細胞内特異的評価を可能にするいくつかのバージョンのAIMTORを設計した。また、AIMTORを用いて、生理的・病理学的条件でのmTORシグナル伝達を解読した。まず、筋細胞の分化過程において、細胞内、リソソーム表面、核、ミトコンドリア近傍などの異なる細胞内コンパートメントにおいて、ロイシン刺激に応答してmTORC1活性が増加することを示した。第二に、海馬のニューロンでは、ニューロン活動の亢進がmTORシグナルを増加させることを見出した。AIMTORはさらに、自閉症スペクトラム障害のマウスモデルのニューロンにおけるmTORシグナル伝達障害を明らかにした。

RESULTS: As a proof of principle, we show in both cell lines and primary cell cultures that AIMTOR BRET intensities are modified by mTOR activity changes induced by specific inhibitors and activators of mTORC1 including amino acids and insulin. We further engineered several versions of AIMTOR enabling subcellular-specific assessment of mTOR activities. We then used AIMTOR to decipher mTOR signaling in physio-pathological conditions. First, we show that mTORC1 activity increases during muscle cell differentiation and in response to leucine stimulation in different subcellular compartments such as the cytosol and at the surface of the lysosome, the nucleus, and near the mitochondria. Second, in hippocampal neurons, we found that the enhancement of neuronal activity increases mTOR signaling. AIMTOR further reveals mTOR-signaling dysfunctions in neurons from mouse models of autism spectrum disorder.

結論:

これらの結果は、AIMTORが生きた細胞内のmTORシグナル伝達の動態を調べ、mTOR病を表現するための感度の高い特異的なツールであることを示しています。

CONCLUSIONS: Altogether, our results demonstrate that AIMTOR is a sensitive and specific tool to investigate mTOR-signaling dynamics in living cells and phenotype mTORopathies.