The target of rapamycin (TOR) proteins

Rapamycin potently inhibits downstream signaling from the target of rapamycin (TOR) proteins. These evolutionarily conserved protein kinases coordinate the balance between protein synthesis and protein degradation in response to nutrient quality and quantity. The TOR proteins regulate (i) the initiation and elongation phases of translation, (ii) ribosome biosynthesis, (iii) amino acid import, (iv) the transcription of numerous enzymes involved in multiple metabolic pathways, and (v) autophagy. Intriguingly, recent studies have also suggested that TOR signaling plays a critical role in brain development, learning, and memory formation.

The Drosophila p70s6k homolog exhibits conserved regulatory elements and rapamycin sensitivity.

The protein p70s6k/p85s6k lies on a mitogen-stimulated signaling pathway and plays a key role in G1 progression of the cell cycle. Activation of this enzyme is mediated by a complex set of phosphorylation events, which has largely contributed to the difficulty in identifying the upstream kinases that mediate p70s6k activation. Genetics has proved a powerful complementary approach for such problems, providing an alternative means to identify components of signaling cascades and their functional end targets. As a first step toward implementing such an approach, we have cloned cDNAs encoding the Drosophila melanogaster p70s6k homolog (Dp70s6k). Dp70s6k is encoded by a single gene, which generates three mRNA transcripts and exhibits an overall identity of 78% in the catalytic domain with its mammalian counterpart. Importantly, this high identity extends beyond the catalytic domain to the N terminus, linker region, and the autoinhibitory domain. Furthermore, all the critical phosphorylation sites required for mammalian p70s6k activation are conserved within these same domains of Dp70s6k. Chief amongst these conserved sites are those associated with the selective rapamycin-induced p70s6k dephosphorylation and inactivation. Consistent with this observation, analysis of total S6 kinase activity in fractionated Drosophila Schneider line 2 cell extracts reveals two peaks of activity, only one of which is rapamycin sensitive. By employing a monospecific polyclonal antibody generated against Dp70s6k, we show that the cloned DP70s6k cDNA has identity with only the rapamycin sensitive peak, suggesting that this biological system would be useful in determining not only the mechanism of p70s6k activation, but also in elucidating the mechanism by which rapamycin acts to inhibit cell growth.

Rapamycin inhibits clonal expansion and adipogenic differentiation of 3T3-L1 cells.

Differentiating 3T3-L1 cells express an immunophilin early during the adipocyte conversion program as described in this issue [Yeh, W.-C., Li, T.-K., Bierer, B. E. & McKnight, S. L. (1995) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92, 11081-11085]. The temporal expression profile of this protein, designated FK506-binding protein (FKBP) 51, is concordant with the clonal-expansion period undertaken by 3T3-L1 cells after exposure to adipogenic hormones. Having observed FKBP51 synthesis early during adipogenesis, we tested the effects of three immunosuppressive drugs--cyclosporin A, FK506, and rapamycin--on the terminal-differentiation process. Adipocyte conversion was not affected by either cyclosporin A or FK506 and yet was significantly reduced by rapamycin at drug concentrations as low as 10 nM. Clonal expansion was impeded in drug-treated cultures, as was the accumulation of cytoplasmic lipid droplets normally seen late during differentiation. Rapamycin treatment likewise inhibited the expression of CCAAT/enhancer binding protein alpha, a transcription factor required for 3T3-L1 cell differentiation. All three of these effects were reversed by high FK506 concentrations, indicating that the operative inhibitory event was mediated by an immunophilin-rapamycin complex.

The biosynthetic gene cluster for the polyketide immunosuppressant rapamycin.

The macrocyclic polyketides rapamycin and FK506 are potent immunosuppressants that prevent T-cell proliferation through specific binding to intracellular protein receptors (immunophilins). The cloning and specific alteration of the biosynthetic genes for these polyketides might allow the biosynthesis of clinically valuable analogues. We report here that three clustered polyketide synthase genes responsible for rapamycin biosynthesis in Streptomyces hygroscopicus together encode 14 homologous sets of enzyme activities (modules), each catalyzing a specific round of chain elongation. An adjacent gene encodes a pipecolate-incorporating enzyme, which completes the macrocycle. The total of 70 constituent active sites makes this the most complex multienzyme system identified so far. The DNA region sequenced (107.3 kbp) contains 24 additional open reading frames, some of which code for proteins governing other key steps in rapamycin biosynthesis.

cAMP- and rapamycin-sensitive regulation of the association of eukaryotic initiation factor 4E and the translational regulator PHAS-I in aortic smooth muscle cells.

Incubating rat aortic smooth muscle cells with either platelet-derived growth factor BB (PDGF) or insulin-like growth factor I (IGF-I) increased the phosphorylation of PHAS-I, an inhibitor of the mRNA cap binding protein, eukaryotic initiation factor (eIF) 4E. Phosphorylation of PHAS-I promoted dissociation of the PHAS-I-eIF-4E complex, an effect that could partly explain the stimulation of protein synthesis by the two growth factors. Increasing cAMP with forskolin decreased PHAS-I phosphorylation and markedly increased the amount of eIF-4E bound to PHAS-I, effects consistent with an action of cAMP to inhibit protein synthesis. Both PDGF and IGF-I activated p70S6K, but only PDGF increased mitogen-activated protein kinase activity. Forskolin decreased by 50% the effect of PDGF on increasing p70S6K, and forskolin abolished the effect of IGF-I on the kinase. The effects of PDGF and IGF-I on increasing PHAS-I phosphorylation, on dissociating the PHAS-I-eIF-4E complex, and on increasing p70S6K were abolished by rapamycin. The results indicate that IGF-I and PDGF increase PHAS-I phosphorylation in smooth muscle cells by the same rapamycin-sensitive pathway that leads to activation of p70S6K.

Identification of an 11-kDa FKBP12-rapamycin-binding domain within the 289-kDa FKBP12-rapamycin-associated protein and characterization of a critical serine residue.

Complexed with its intracellular receptor, FKBP12, the natural product rapamycin inhibits G1 progression of the cell cycle in a variety of mammalian cell lines and in the yeast Saccharomyces cerevisae. Previously, a mammalian protein that directly associates with FKBP12-rapamycin has been identified and its encoding gene has been cloned from both human (designated FRAP) [Brown, E.J., Albers, M.W., Shin, T.B., Ichikawa, K., Keith, C.T., Lane, W.S. & Schreiber, S.L. (1994) Nature (London) 369, 756-758] and rat (designated RAFT) [Sabatini, D.M., Erdjument-Bromage, H., Lui, M., Tempst, P. & Snyder, S.H. (1994) Cell 78, 35-43]. The full-length FRAP is a 289-kDa protein containing a putative phosphatidylinositol kinase domain. Using an in vitro transcription/translation assay method coupled with proteolysis studies, we have identified an 11-kDa FKBP12-rapamycin-binding domain within FRAP. This minimal binding domain lies N-terminal to the kinase domain and spans residues 2025-2114. In addition, we have carried out mutagenesis studies to investigate the role of Ser2035, a potential phosphorylation site for protein kinase C within this domain. We now show that the FRAP Ser2035-->Ala mutant displays similar binding affinity when compared with the wild-type protein, whereas all other mutations at this site, including mimics of phosphoserine, abolish binding, presumably due to either unfavorable steric interactions or induced conformational changes.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

Formulation and characterization of a 0.1% rapamycin cream for the treatment of Tuberous Sclerosis Complex-related angiofibromas

International audience

Kinetic modelling of in vitro data of PI3K, mTOR1, PTEN enzymes and on-target inhibitors Rapamycin, BEZ235, and LY294002

The phosphatidylinositide 3-kinases (PI3K) and mammalian target of rapamycin-1 (mTOR1) are two key targets for anti-cancer therapy. Predicting the response of the PI3K/AKT/mTOR1 signalling pathway to targeted therapy is made difficult because of network complexities. Systems biology models can help explore those complexities but the value of such models is dependent on accurate parameterisation. Motivated by a need to increase accuracy in kinetic parameter estimation, and therefore the predictive power of the model, we present a framework to integrate kinetic data from enzyme assays into a unified enzyme kinetic model. We present exemplar kinetic models of PI3K and mTOR1, calibrated on in vitro enzyme data and founded on Michaelis-Menten (MM) approximation. We describe the effects of an allosteric mTOR1 inhibitor (Rapamycin) and ATP-competitive inhibitors (BEZ2235 and LY294002) that show dual inhibition of mTOR1 and PI3K. We also model the kinetics of phosphatase and tensin homolog (PTEN), which modulates sensitivity of the PI3K/AKT/mTOR1 pathway to these drugs. Model validation with independent data sets allows investigation of enzyme function and drug dose dependencies in a wide range of experimental conditions. Modelling of the mTOR1 kinetics showed that Rapamycin has an IC50 independent of ATP concentration and that it is a selective inhibitor of mTOR1 substrates S6K1 and 4EBP1: it retains 40% of mTOR1 activity relative to 4EBP1 phosphorylation and inhibits completely S6K1 activity. For the dual ATP-competitive inhibitors of mTOR1 and PI3K, LY294002 and BEZ235, we derived the dependence of the IC50 on ATP concentration that allows prediction of the IC50 at different ATP concentrations in enzyme and cellular assays. Comparison of the drug effectiveness in enzyme and cellular assays showed that some features of these drugs arise from signalling modulation beyond the on-target action and MM approximation and require a systems-level consideration of the whole PI3K/PTEN/AKT/mTOR1 network in order to understand mechanisms of drug sensitivity and resistance in different cancer cell lines. We suggest that using these models in systems biology investigation of the PI3K/AKT/mTOR1 signalling in cancer cells can bridge the gap between direct drug target action and the therapeutic response to these drugs and their combinations.

Rapamycin reverses age-related increases in mitochondrial ROS production at complex I, oxidative stress, accumulation of mtDNA fragments inside nuclear DNA, and lipofuscin level, and increases autophagy, in the liver of middle-aged mice

Rapamycin consistently increases longevity in mice although the mechanism of action of this drug is unknown. In the present investigation we studied the effect of rapamycin on mitochondrial oxidative stress at the same dose that is known to increase longevity in mice (14 mg of rapamycin/kg of diet). Middle aged mice (16 months old) showed significant age-related increases in mitochondrial ROS production at complex I, accumulation of mtDNA fragments inside nuclear DNA, mitochondrial protein lipoxidation, and lipofuscin accumulation compared to young animals (4 months old) in the liver. After 7 weeks of dietary treatment all those increases were totally or partially (lipofuscin) abolished by rapamycin, middle aged rapamycin-treated animals showing similar levels in those parameters to young animals. The decrease in mitochondrial ROS production was due to qualitative instead of quantitative changes in complex I. The decrease in mitochondrial protein lipoxidation was not due to decreases in the amount of highly oxidizable unsaturated fatty acids. Rapamycin also decreased the amount of RAPTOR (of mTOR complex) and increased the amounts of the PGC1-α and ATG13 proteins. The results are consistent with the possibility that rapamycin increases longevity in mice at least in part by lowering mitochondrial ROS production and increasing autophagy, decreasing the derived final forms of damage accumulated with age which are responsible for increased longevity. The decrease in lipofuscin accumulation induced by rapamycin adds to previous information suggesting that the increase in longevity induced by this drug can be due to a decrease in the rate of aging. © 2016 Elsevier Inc.

Vertical Inhibition of the PI3K/Akt/mTOR Pathway for the Treatment of Osteoarthritis

Osteoarthritis is characterized by degenerative alterations of articular cartilage including both the degradation of extracellular matrix and the death of chondrocytes. The PI3K/Akt pathway has been demonstrated to involve in both processes. Inhibition of its downstream target NF-kB reduces the degradation of extracellular matrix via decreased production of matrix metalloproteinases while inhibition of mTOR increased autophagy to reduce chondrocyte death. However, mTOR feedback inhibits the activity of the PI3K/Akt pathway and inhibition of mTOR could result in increased activity of the PI3K/Akt/NF-kB pathway. We proposed that the use of dual inhibitors of PI3K and mTOR could be a promising approach to more efficiently inhibit the PI3K/Akt pathway than rapamycin or PI3K inhibitor alone and produce better treatment outcome.

BSTA Promotes mTORC2-Mediated Phosphorylation of Akt1 to Suppress Expression of FoxC2 and Stimulate Adipocyte Differentiation

Phosphorylation and activation of Akt1 is a crucial signaling event that promotes adipogenesis. However, neither the complex multistep process that leads to activation of Akt1 through phosphorylation at Thr308 and Ser473 nor the mechanism by which Akt1 stimulates adipogenesis is fully understood. We found that the BSD domain–containing signal transducer and Akt interactor (BSTA) promoted phosphorylation of Akt1 at Ser473 in various human and murine cells, and we uncovered a function for the BSD domain in BSTA-Akt1 complex formation. The mammalian target of rapamycin complex 2 (mTORC2) facilitated the phosphorylation of BSTA and its association with Akt1, and the BSTA-Akt1 interaction promoted the association of mTORC2 with Akt1 and phosphorylation of Akt1 at Ser473 in response to growth factor stimulation. Furthermore, analyses of bsta gene-trap murine embryonic stem cells revealed an essential function for BSTA and phosphorylation of Akt1 at Ser473 in promoting adipocyte differentiation, which required suppression of the expression of the gene encoding the transcription factor FoxC2. These findings indicate that BSTA is a molecular switch that promotes phosphorylation of Akt1 at Ser473 and reveal an mTORC2-BSTA-Akt1-FoxC2–mediated signaling mechanism that is critical for adipocyte differentiation.

Rapid aminoacidemia enhances myofibrillar protein synthesis and anabolic intramuscular signaling responses after resistance exercise

Background: Ingestion of whey or casein yields divergent patterns of aminoacidemia that influence whole-body and skeletal muscle myofibrillar protein synthesis (MPS) after exercise. Direct comparisons of the effects of contrasting absorption rates exhibited by these proteins are confounded by their differing amino acid contents. Objective: Our objective was to determine the effect of divergent aminoacidemia by manipulating ingestion patterns of whey protein alone on MPS and anabolic signaling after resistance exercise. Design: In separate trials, 8 healthy men consumed whey protein either as a single bolus (BOLUS; 25-g dose) or as repeated, small, "pulsed" drinks (PULSE; ten 2.5-g drinks every 20 min) to mimic a more slowly digested protein. MPS and phosphorylation of signaling proteins involved in protein synthesis were measured at rest and after resistance exercise. Results: BOLUS increased blood essential amino acid (EAA) concentrations above those of PULSE (162% compared with 53%, P < 0.001) 60 min after exercise, whereas PULSE resulted in a smaller but sustained increase in aminoacidemia that remained elevated above BOLUS amounts later (180-220 min after exercise, P < 0.05). Despite an identical net area under the EAA curve, MPS was elevated to a greater extent after BOLUS than after PULSE early (1-3 h: 95% compared with 42%) and later (3-5 h: 193% compared with 121%) (both P < 0.05). There were greater changes in the phosphorylation of the Akt-mammalian target of rapamycin pathway after BOLUS than after PULSE. Conclusions: Rapid aminoacidemia in the postexercise period enhances MPS and anabolic signaling to a greater extent than an identical amount of protein fed in small pulses that mimic a more slowly digested protein. A pronounced peak aminoacidemia after exercise enhances protein synthesis.

mTOR function in skeletal muscle : a focal point for overnutrition and exercise

The mammalian target of rapamycin (mTOR) is a highly conserved atypical serine-threonine kinase that controls numerous functions essential for cell homeostasis and adaptation in mammalian cells via 2 distinct protein complex formations. Moreover, mTOR is a key regulatory protein in the insulin signalling cascade and has also been characterized as an insulin-independent nutrient sensor that may represent a critical mediator in obesity-related impairments of insulin action in skeletal muscle. Exercise characterizes a remedial modality that enhances mTOR activity and subsequently promotes beneficial metabolic adaptation in skeletal muscle. Thus, the metabolic effects of nutrients and exercise have the capacity to converge at the mTOR protein complexes and subsequently modify mTOR function. Accordingly, the aim of the present review is to highlight the role of mTOR in the regulation of insulin action in response to overnutrition and the capacity for exercise to enhance mTOR activity in skeletal muscle.