| Literature DB >> 24393708 |
Maria Giovanna Francipane1, Eric Lagasse.
Abstract
The mammalian target of rapamycin (mTOR) has emerged as a potential target for drug development, particularly due to the fact that it plays such a crucial role in cancer biology. In addition, next-generation mTOR inhibitors have become available, marking an exciting new phase in mTOR-based therapy. However, the verdict on their therapeutic effectiveness remains unclear. Here we review phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K)/Akt/mTOR signaling as one of the primary mechanisms for sustaining tumor outgrowth and metastasis, recent advances in the development of mTOR inhibitors, and current studies addressing mTOR activation/inhibition in colorectal cancer (CRC). We will also discuss our recent comparative study of different mTOR inhibitors in a population of colon cancer stem cells (CSCs), and current major challenges for achieving individualized drug therapy using kinase inhibitors.Entities:
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Substances:
Year: 2014 PMID: 24393708 PMCID: PMC3960188 DOI: 10.18632/oncotarget.1548
Source DB: PubMed Journal: Oncotarget ISSN: 1949-2553
Figure 1Simplified scheme of mTOR pathway activation
Akt activation releases Rheb from the inhibitory effects of TSC1/2 thus allowing mTOR activation. Signaling defects upstream of mTOR in the PI3K/Akt/mTOR pathway (mutations in PTEN, PI3K, Akt and TSCs) lead to mTOR deregulation. Akt can also be a downstream effector of mTOR, due to mTOR association with different protein partners to form two functionally distinct signaling complexes, mTORC1 and mTORC2.
Figure 2Simplified scheme of activators and effectors of both mTOR complexes, together with effects of mTOR inhibition using different mTOR inhibitors
mTOR can be shared by two different complexes, mTORC1 and mTORC2. Phosphorylation of mTOR at Ser2448 and Ser2481 are indicative of mTORC1 and mTORC2 activation, respectively. mTORC1 can be activated by nutrients (amino acids, glucose), growth factors (Insulin, Insulin-like Growth Factor-1), hormones (leptin), and stresses (starvation, hypoxia, and DNA damage). Through mTORC1, these signals accelerate the synthesis of key proteins, involved in growth, division, metabolism and angiogenesis. mTORC1-activated p70 S6K1 and Grb10 mediate IRS-1 degradation, thus inhibiting PI3K/Akt activation. Grb10 also leads to negative feedback inhibition of MAPK/ERK pathway. Finally, activated p70 S6K1 inhibits mTORC2 signaling by phosphorylating Rictor on Thr1135. Allosteric mTOR inhibitors exert an incomplete inhibition of mTORC1 and are inactive against mTORC2 under short-term conditions. Moreover, they disrupt the mTORC1-dependent negative feedback loop to IRS-1/PI3K, MAPK/ERK and mTORC2. As a consequence, treatment with mTOR allosteric inhibitors often results in increased mTORC2 activity. mTORC2 functions upstream of Akt providing the critical second phosphorylation of Akt at Ser473, which is necessary for Akt full activation. mTORC2 also regulates cytoskeletal dynamics by activating PKCα, and regulates growth via SGK1 phosphorylation. The upstream regulation of mTORC2 is not well defined although ribosome association appears to be a major, if not the sole, mechanism of mTORC2 activation. Catalytic mTOR inhibitors are able to suppress activity of both mTORC1 and mTORC2 complexes, avoiding oncogenic signaling pathway activation
In vivo pre-clinical studies using ATP-competitive inhibitors of mTOR
| Name | Xenograft models | Combinatorial Therapy | References | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AZD2014 | Patient-derived ER+ breast cancer | / | [ | ||||||||
| AZD8055 | U87MG, BT474c, A549, Calu-3, LoVo, SW620, PC3, MES-SA | / | [ | ||||||||
| PTEN(+/-)LKB1(+/hypo) | / | [ | |||||||||
| Patient-derived primary HCC | SAHA | [ | |||||||||
| MTT | / | [ | |||||||||
| RD | AZD6244 | [ | |||||||||
| INK-128 | MDA-MB361 | Lapatinib | [ | ||||||||
| KU-0063794 | 786-O | / | [ | ||||||||
| OSI-027 | COLO 205, GEO | / | [ | ||||||||
| GEO, H292, Ovcar-5 | Sunitinib (H292, Ovcar-5) | [ | |||||||||
| Jeko | / | [ | |||||||||
| HNSCC | Cetuximab | [ | |||||||||
| OXA-01 | GEO | / | [ | ||||||||
| PP242 | p190BCR-ABL, SUP-B15 | Imatinib (p190BCR-AB), Dasatinib (SUP-B15) | [ | ||||||||
| 8226 MM | / | [ | |||||||||
| LS174T | UO126 | [ | |||||||||
| MDA-MB-231 | / | [ | |||||||||
| LS174T, SW480 | / | [ | |||||||||
| HS Sultan cells stably transfected with exogenous VEGF | / | [ | |||||||||
| Patient-derived colon cancer | / | [ | |||||||||
| U251 | IR | [ | |||||||||
| DLD-1 | Erlotinib | [ | |||||||||
| Torin-1 | U87MG | / | [ | ||||||||
| Patient-derived colon CSCs | / | [ | |||||||||
| WYE-125132 (WYE-132) | MDA361, U87MG, A549, H1975, A498, 786-O | Bevacizumab | [ | ||||||||
| WYE-354 | PC3MM2, U87MG | / | [ | ||||||||
A panel of second-generation mTOR inhibitors is listed. Information regarding xenograft models as well as combinatorial drugs used in preclinical cancer studies for each mTOR inhibitor is provided. For information about combinatorial drugs, please consult legend of Table 2.
In vivo pre-clinical studies using PI3K and mTOR dual inhibitors
| Name | Xenograft models | Combinatorial Therapy | References | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PC3M, U87MG | Temozolomide (U87MG) | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| BN472 | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HER2+ BT474 | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Tet-op-PIK3CA H1047R–CCSP-rtTA, LSL Kras G12D | ARRY-142886 (LSL Kras G12D) | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Patient-derived primary pancreatic cancer | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| B16BL6 | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ENU-treated Tsc2+- | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| MM.1S | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| U87 | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CCSP-rtTA/Tet-op-K-Ras (FVB/N), H460 | IR (H460) | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| EGFR T790M-L858R | AZD6244 | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| RD/18 | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| TC-71, RD/18 | Vincristine | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| BC-1 PEL | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 786-0, A498 | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| FL-18 | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Patient-derived glioblastoma (SJ28P3) | SL327 | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| A172, patient-derived glioblastoma (SJ28P3) | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ptch+/-Hic+/- | NVP-LDE225 | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| GS2 | Chloroquine | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DU145 | Taxotere | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| LSL-K-ras(G12D/+)Pten(loxP/loxP) | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| LS174T | UO126 | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| BEZ235 (NVP-BEZ235) | A549 | RAD001 | [ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| N87, MKN28, MKN45 | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| JHH-7 | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| A549 | Chloroquine | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 786-0 | Sorafenib | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CAL62, TT | RAF265 | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| GEM | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| AsPC-1 | EMAP and/or Gemcitabine | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Met-1, MCNeuA in the MKR mouse | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| LS174T, SW480 | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HEC-59, AN3CA | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Tyr-HRas(G12V) Ink4a/Arf-/-, T11 OST, C3-TAg GEMM, MMTV-Neu GEMM | AZD6244 | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| A549 | Ganetespib | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 8505C | Paclitaxel | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| H295R | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| U-87 MG, 786-O | RAD001 | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Patient-derived PDAC | Panobinostat | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| U937 cells expressing doxycycline-inducible shRNAs against both Bcl-2 and Bcl-xL | ABT-737 | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PC-9/HGF | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PC3 | IR | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4T1, 67NR | Dovitinib | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| LoVo, HCT116 | 5-FU or irinotecan | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| CNE2, HONE1 | Cisplatin | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| RD | AZD6244 | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| C4-2AT6 | Docetaxel | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PI-103 | U87:ΔEGFR | / | [ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| U87MG, HCT116, PC3, MDA-MB-435, MDA-MB-468, SKOV3, IGROV-1 | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| U251 MG | IR | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| p190 L-CFCs (hCD4+) | Imatinib | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| EC-vGPCR | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| U87MG | Temozolomide | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Patient-derived neuroblastoma | Doxorubicin | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 518A2 | Rapamycin | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gli36-EvIII-FmC, mNSC-S-TRAIL | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| PC-9 remixed with HGF high producing MRC-5 cells | Geftinib | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SH-EP | TRAIL | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| SK-N-BE(2) | / | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGC27 | 5-FU | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Huh7 | Sorafenib | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| XL765 | Patient-derived glioblastoma | Temozolomide | [ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| BxPC-3 | Chloroquine | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| STS26T | Chloroquine | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| GH3 | Temozolomide | [ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
A panel of second-generation mTOR inhibitors is listed. Information regarding xenograft models as well as combinatorial drugs used in preclinical cancer studies for each mTOR inhibitor is provided. SAHA and Panobinostat are histone deacetylase (HDAC) inhibitors; AZD6244, UO126, ARRY-142886, and SL327 are MEK inhibitors; Lapatinib, Cetuximab, Erlotinib, and Gefitinib are EGFR inhibitors; Sunitinib and Sorafenib are multitargeted kinases inhibitors; Imatinib and Dasatinib are tyrosine kinases inhibitors; Bevacizumab is an anti-vascular endothelial growth factor (VEGF) monoclonal antibody; Taxotere is a microtubule inhibitor; RAF265 is a BRAF inhibitor; Ganetespib is a heat shock protein 90 (Hsp90) inhibitor; ABT-737 is a Bcl-2 inhibitor; Dovitinib is an inhibitor of fibroblast growth factor (FGF), VEGF, and platelet-derived growth factor (PDGF) receptors; Vincristine and Paclitaxel are mitosis inhibitors; Irinotecan is a topoisomerase-I inhibitor; Temozolomide is an alkylating agent; NVP-LDE225 is a Smoothened (Smo) antagonist; Chloroquine is a lysosomotropic agent; Endothelial-monocyte activating polypeptide (EMAP) is a proinflammatory cytokine and a mediator of programmed endothelial cell death; 5-Fluorouracil, Cisplatin, and Doxorubicin are chemotherapy drugs; Tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) is a cytotoxic protein and a mediator of programmed cell death.