線維芽細胞成長因子受容体の自己阻害とリガンド結合の乱交の分子基盤に関する洞察

プロトタイプの線維芽細胞成長因子受容体（FGFR）細胞外ドメインは、3つのIgドメイン（D1-D3）で構成されており、そのうち2つの膜型近位D2およびD3ドメインと、相互接続D2-D3リンカーは、リガンドの結合と特異性の決定因子を負担します。対照的に、D1とD1-D2リンカーは、FGFRレギュレーションで自己阻害の役割を果たすと考えられています。ここでは、7つの主要なFGFRのそれぞれに乱交と結合するFGF1と複合体におけるFGFR3Cの3-IG形式の結晶構造を報告します。この構造では、D1とD1-D2リンカーは完全に無秩序であり、これらの領域がFGF結合に不可欠であることを示しています。表面プラズモン共鳴を使用したリアルタイム結合実験は、2-IG型と比較して、FGFR3Cの3-IG形式がFGF1とヘパリンの両方に対してより低い親和性を示すことを示しています。重要なことに、この自己阻害は、D1とD1-D2リンカーと最小FGFおよびヘパリン結合D2-D3領域との分子内相互作用によって媒介されることを実証します。FGF1-FGFR2C構造と同様に、FGF1-FGFR1C構造ではなく、交代的にスプライシングされたBetac'-Betaeループが順序付けられ、FGF1-FGFR3C構造のFGF1と相互作用します。ただし、FGF1-FGFR3C構造のFGF1-FGFR2C構造とは対照的に、FGF1-FGFR3C構造のFGF1のベータトレフォイルコア領域と相互作用すると、このループはFGF1のN末端領域と広範囲に相互作用します。受容体結合親和性と乱交を付与する際のFGF1 N末端の重要性。重要なことに、3つのFGF1-FGFR構造の比較は、Betac'-Betaeループの柔軟性がリガンド結合の特異性と乱交の主要な決定要因であることを示しています。

The prototypical fibroblast growth factor receptor (FGFR) extracellular domain consists of three Ig domains (D1-D3) of which the two membrane-proximal D2 and D3 domains and the interconnecting D2-D3 linker bear the determinants of ligand binding and specificity. In contrast, D1 and the D1-D2 linker are thought to play autoinhibitory roles in FGFR regulation. Here, we report the crystal structure of the three-Ig form of FGFR3c in complex with FGF1, an FGF that binds promiscuously to each of the seven principal FGFRs. In this structure, D1 and the D1-D2 linker are completely disordered, demonstrating that these regions are dispensable for FGF binding. Real-time binding experiments using surface plasmon resonance show that relative to two-Ig form, the three-Ig form of FGFR3c exhibits lower affinity for both FGF1 and heparin. Importantly, we demonstrate that this autoinhibition is mediated by intramolecular interactions of D1 and the D1-D2 linker with the minimal FGF and heparin-binding D2-D3 region. As in the FGF1-FGFR2c structure, but not the FGF1-FGFR1c structure, the alternatively spliced betaC'-betaE loop is ordered and interacts with FGF1 in the FGF1-FGFR3c structure. However, in contrast to the FGF1-FGFR2c structure in which the betaC'-betaE loop interacts with the beta-trefoil core region of FGF1, in the FGF1-FGFR3c structure, this loop interacts extensively with the N-terminal region of FGF1, underscoring the importance of the FGF1 N terminus in conferring receptor-binding affinity and promiscuity. Importantly, comparison of the three FGF1-FGFR structures shows that the flexibility of the betaC'-betaE loop is a major determinant of ligand-binding specificity and promiscuity.