Alle eukaryotischen Zellen müssen ihr Wachstum in Abhängigkeit von den Signalen ihrer Umgebung regulieren.

Bestimmte Gene, wie z. B. das mechanistische Ziel von Rapamycin oder mTOR, reagieren auf verschiedene Faktoren, um grundlegende zelluläre Prozesse zu regulieren, einschließlich der Verfügbarkeit von Nährstoffen, Wachstumsfaktoren und zellulärem Stress.

mTOR ist eine große Proteinkinase von Säugetierzellen, die in zwei funktionell unterschiedlichen Multiproteinkomplexen vorkommt - mTOR-Komplex 1 oder mTORC1 und mTOR-Komplex 2 oder mTORC2.

In einem immens komplexen mTOR-Signalnetzwerk spielt der PI(3)K/AKT/mTOR-Signalweg eine entscheidende Rolle bei der Kontrolle des Zellwachstums.

Nach Stimulation durch Bindung von Insulin oder insulinähnlichen Wachstumsfaktoren aktivieren die Rezeptor-Tyrosinkinasen auf der Zelloberfläche das nachgeschaltete Signalmolekül Phosphatidylinositol-3-Kinase oder PI(3)K.

Aktives PI(3)K erzeugt Phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphat oder PIP3, das es der 3-Phosphoinositid-abhängigen Kinase 1 oder PDK1 ermöglicht, zu phosphorylieren und ein anderes Protein namens AKT zu aktivieren.

Das aktive AKT-Protein wiederum phosphoryliert und hemmt die Aktivität des wachstumsunterdrückenden Tuberin-Hamartin-Komplexes oder TSC-Komplexes.

Der TSC-Komplex hat eine GTPase-aktivierende Aktivität. In seinem aktiven Zustand wandelt es RHEB, ein lysosomales membrangebundenes Protein, von einem aktiven in einen inaktiven Zustand um und hält so mTORC1 in seinem inaktiven Zustand.

Wenn AKT den TSC-Komplex inaktiviert, kann RHEB in einem aktiven GTP-gebundenen Zustand bleiben. Das aktive RHEB kann mTORC1 weiter aktivieren.

Aktives mTORC1 unterstützt das Zellwachstum und die Zellproliferation, indem es die Biosynthese von Makromolekülen wie Proteinen und Lipiden hochreguliert und die Autophagie herunterreguliert.

Aufgrund seiner Schlüsselrolle für das Zellwachstum und den Zellstoffwechsel nutzen Krebszellen häufig den mTOR-Signalweg, um das nachhaltige Wachstum von Tumorzellen zu erleichtern. Daher ist es üblich, dass die Gene in den mTOR-Signalwegen bei menschlichen Krebserkrankungen mutiert sind.

Solche Mutationen führen zu einer abnormalen Aktivierung des mTOR-Signalwegs, auch wenn keine geeigneten Signale vorhanden sind.

Infolgedessen können Krebszellen, die diesen Signalweg nutzen, der Autophagie entgehen und mehr Proteine und Lipide synthetisieren, um das frühe Fortschreiten des Tumors zu unterstützen.