Universität zu Köln

Lamprakis, Andreas ORCID: 0009-0008-8930-1489 (2026). The TSC-RHEB-mTORC1 signaling pathway forms a novel auto-regulatory feedback loop. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Der mechanistische Zielkomplex des Rapamycins 1 (mTORC1) reguliert Zellwachstum und Stoffwechsel, indem er eine Vielzahl intra- und extrazellulärer Signale integriert. Viele Kinasen vermitteln die Verfügbarkeit dieser Inputs über Phosphorylierungsereignisse am TSC-Komplex, dem wichtigsten negativen Regulator im mTOR-Signalweg. Aufgrund der Beteiligung von mTORC1 an zahlreichen biologischen Prozessen haben Zellen Rückkopplungsschleifen entwickelt, um die Aktivität des Signalwegs streng zu kontrollieren. Bei anhaltender mTORC1-Hemmung führt eine kompensatorische Aktivierung von Signalzweigen stromaufwärts des TSC- Komplexes zur Wiederherstellung der basalen mTORC1-Aktivität, um essenzielle zelluläre Funktionen aufrechtzuerhalten. Die an der Autoregulation von mTORC1 beteiligten Signalereignisse sind jedoch nicht vollständig verstanden. Hier zeige ich, dass TSC1, eine Komponente des TSC-Komplexes, ein neuartiges lysosomales Substrat von mTORC1 ist. Die Phosphorylierung von TSC1 an mTORC1-abhängigen Stellen fördert seine Stabilität und die Bindung an 14-3-3-Ankerproteine. In einem phospho-defizienten Mutanten sinken sowohl die TSC1-Proteinspiegel als auch die Bindungsaffinität zu 14-3-3-Proteinen. Trotz der allgemeinen Rolle des TSC- Komplexes bei der Regulation der mTORC1-Aktivität steuert die Phosphorylierung von TSC1 spezifisch den lysosomalen Zweig der mTORC1-Signalgebung. Hypophosphoryliertes TSC1 ist mit niedrigeren TFEB-Phosphorylierungsniveaus assoziiert, während der Phosphorylierungsstatus nicht-lysosomaler Substrate wie S6K1 weitgehend unbeeinflusst bleibt. Auf Basis dieser Befunde beleuchtet meine Arbeit die kürzeste Rückkopplungsschleife im mTOR-Signalweg und ermöglicht ein tieferes Verständnis der mechanistischen Grundlagen der mTORC1-Autoregulation – mit Implikationen für die Phosphorylierung von Substraten, die an katabolen Prozessen beteiligt sind.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language The mechanistic target of rapamycin complex 1 (mTORC1) regulates cell growth and metabolism by integrating a wide range of intracellular and extracellular cues. Many kinases signal the availability of these inputs through phosphorylation events on the TSC complex, the major negative regulator in the mTOR pathway. Because of the involvement of mTORC1 in a multitude of biological processes, cells have evolved feedback loops to tightly regulate the activity of the pathway. Upon sustained mTORC1 inhibition, compensatory activation of signaling branches upstream of the TSC complex restores basal mTORC1 activity to maintain essential cellular functions. However, the signaling events involved in mTORC1 auto-regulation are not fully understood. Here, I find that TSC1, a component of the TSC complex, is a novel lysosomal substrate of mTORC1. TSC1 phosphorylation on mTORC1-dependent sites promotes its stability and binding to 14-3-3 anchor proteins. In a phospho- deficient mutant, TSC1 protein levels and the binding affinity to 14-3-3s decrease. Despite the general role of the TSC complex in regulating mTORC1 activity, TSC1 phosphorylation specifically regulates the lysosomal branch of mTORC1 signaling. Hypophosphorylated TSC1 is associated with lower levels of TFEB phosphorylation, while the phosphorylation status of the non-lysosomal substrates, such as S6K1, remains largely unaffected. Based on these findings, my work sheds light on the shortest feedback loop in the mTOR pathway providing a deeper understanding of the mechanistic underpinnings of mTORC1 auto-regulation with implications on the phosphorylation of substrates involved in catabolic processes. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Lamprakis, Andreas alamprakis@age.mpg.de https://orcid.org/0009-0008-8930-1489 UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-798115
Date:	2026
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Außeruniversitäre Forschungseinrichtungen > MPI for Biology of Ageing
Subjects:	Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language mTORC1, TSC complex, lysosomes, TFEB/TFE3, RHEB GTPase English
Date of oral exam:	10 February 2025
Referee:	Name Academic Title Demetriades, Constantinos Dr Frezza, Christian Dr Prof
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/79811