The mechanistic target of rapamycin serine/threonine kinase (mTOR), a critical regulator of cell proliferation, is implicated in many human diseases, including cancer. Our laboratory recently discovered a new mTOR complex, called mTORC3, distinct from the two canonical mTOR complexes, mTORC1, and mTORC2, which causes accelerated proliferation and increased malignancy of cancer cells. Understanding how mTORC3 is controlled is an important approach to designing cancer therapies targeting mTORC3. Having investigated how mTORC3 activity was affected by glycogen synthase kinase-3β (GSK3β), a known regulator of mTOR activity, we found that cells do not assemble mTORC3 upon GSK3β knockout, due to extinguished expression of ETV7, an essential component of the mTORC3 complex. We discovered that the lack of ETV7 expression resulted from reduced phosphorylation of serine 727 (S727) of the Signal Transducer and Activator of Transcription 1 (STAT1), which is required for transcriptional activation of ETV7. Finally, we identified that GSK3β through PKCδ phosphorylates STAT1-S727. Together, we identified a novel GSK3β/PKCδ/ STAT1 pathway in Karpas cells that regulates ETV7 transcription, thus positively regulating mTORC3 activity. The identification of this signaling pathway could benefit the therapeutic design for numerous diseases including cancer.

mTOR plays a crucial role in cell growth by controlling ribosome biogenesis, metabolism, autophagy, mRNA translation, and cytoskeleton organization. It is a serine/threonine kinase that is part of two distinct extensively described protein complexes, mTORC1 and mTORC2. We have identified a rapamycin-resistant mTOR complex, called mTORC3, which is different from the canonical mTORC1 and mTORC2 complexes in that it does not contain the Raptor, Rictor, or mLST8 mTORC1/2 components. mTORC3 phosphorylates mTORC1 and mTORC2 targets and contains the ETS transcription factor ETV7, which binds to mTOR and is essential for mTORC3 assembly in the cytoplasm. Tumor cells that assemble mTORC3 have a proliferative advantage and become resistant to rapamycin, indicating that inhibiting mTORC3 may have a therapeutic impact on cancer. Here, we investigate which domains or amino acid residues of ETV7 and mTOR are involved in their mutual binding. We found that the mTOR FRB and LBE sequences in the kinase domain interact with the pointed (PNT) and ETS domains of ETV7, respectively. We also found that forced expression of the mTOR FRB domain in the mTORC3-expressing, rapamycin-resistant cell line Karpas-299 out-competes mTOR for ETV7 binding and renders these cells rapamycin-sensitive in vivo. Our data provide useful information for the development of molecules that prevent the assembly of mTORC3, which may have therapeutic value in the treatment of mTORC3-positive cancer.

Abstract mTOR plays a crucial role in cell growth by controlling ribosome biogenesis, metabolism, autophagy, mRNA translation, and cytoskeleton organization. It is a serine/threonine kinase that is part of two distinct extensively described protein complexes, mTORC1 and mTORC2. We have identified a rapamycin resistant mTOR complex, called mTORC3, which is different from the canonical mTORC1 and mTORC2 complexes in that it does not contain the Raptor, Rictor, or mLST8 mTORC1 / 2 components. mTORC3 phosphorylates mTORC1 and mTORC2 targets and contains the ETS transcription factor ETV7, which binds to mTOR and is essential for mTORC3 assembly in the cytoplasm. Tumor cells that assemble mTORC3 have a proliferative advantage and become resistant to rapamycin, indicating that inhibiting mTORC3 may have a therapeutic impact on cancer. Here, we investigate which domains or amino acid residues of ETV7 and mTOR are involved in their mutual binding. We found that the mTOR FRB and LBE sequences in the kinase domain interact with the pointed (PNT) and ETS domains of ETV7, respectively. We also found that forced expression of the mTOR FRB domain in the mTORC3 expressing, rapamycin-resistant cell line Karpas-299 out competes mTOR for ETV7 binding and renders these cells rapamycin-sensitive in vivo. Our data provide useful information for the development of molecules that prevent the assembly of mTORC3, which may have therapeutic value in the treatment of mTORC3 positive cancer.