受容体オリゴマー化およびそれ以降：骨形成タンパク質のケーススタディ

背景：形質転換成長因子（TGF）ベータスーパーファミリーメンバーは、2つのクラスのセリン/スレオニンキナーゼ受容体をオリゴマー化することにより信号を導入します。多数のリガンドとは対照的に、哺乳類では7つのタイプIおよび5型II型受容体のみが同定されており、リガンド受容体相互作用における顕著な乱明性が関係しています。特定のリガンドは通常、いずれかのサブタイプの複数の受容体と相互作用できるため、結合親和性と特異性の違いは、異なるシグナル伝達特性を持つ異なるリガンド受容体複合体の生成にとって重要です。 結果：in vitro相互作用分析では、結合速度の2つの異なるプロトタイプ、「スローオン/スローオフ」および「高速オン/ファストオフ」を示しました。驚くべきことに、1つのサブタイプの受容体に対するリガンドの結合特異性は中程度のみです。リガンドの二量体の性質から示唆されているように、固定化受容体への結合は、二価リガンド受容体相互作用によって引き起こされる協同的結合により、環状性を示します。これらのin vitroの観察結果をin vivoの状況と比較するために、ホモダイマーとヘテロダイマーの骨形成タンパク質2（BMP2）変異体を使用した細胞全体の結合研究を実施しました。興味深いことに、それぞれ1つまたは2つのBMP受容体（BMPR）-IA受容体鎖の存在によって定義されるように、低親和性結合部位と高親和性結合部位が特定されました。どちらの部位が異なる細胞応答に貢献します。高いアフィニティ部位は低リガンド濃度で急速な一時的な応答を可能にしますが、低親和性部位は持続的なシグナル伝達を促進しますが、より高いリガンド濃度が必要です。 結論：分子を固定し、十分な複雑な安定性を提供する単一の高親和性受容体鎖へのリガンドの結合により、その後の有能な複合体の形成ができます。同じサブタイプの別の受容体、および他のサブタイプの最大2つの受容体をリクルートできます。したがって、結果として得られる受容体の配置は、主に4つの異なる受容体で構成され、これは1つのサブタイプクラス内の低リガンド受容体特異性を示す相互作用分析と一致しています。BMP2の場合、1つのタイプI受容体鎖のみを含むヘテロオリゴマーシグナル伝達複合体も見つけることができるという事実によって、さらに複雑さが追加されます。これは、顕著なリガンド受容体の乱交にもかかわらず、この受容体限定システムで多様なシグナルの多様なものが生成される可能性があることを示しています。

BACKGROUND: Transforming growth factor (TGF)beta superfamily members transduce signals by oligomerizing two classes of serine/threonine kinase receptors, termed type I and type II. In contrast to the large number of ligands only seven type I and five type II receptors have been identified in mammals, implicating a prominent promiscuity in ligand-receptor interaction. Since a given ligand can usually interact with more than one receptor of either subtype, differences in binding affinities and specificities are likely important for the generation of distinct ligand-receptor complexes with different signaling properties. RESULTS: In vitro interaction analyses showed two different prototypes of binding kinetics, 'slow on/slow off' and 'fast on/fast off'. Surprisingly, the binding specificity of ligands to the receptors of one subtype is only moderate. As suggested from the dimeric nature of the ligands, binding to immobilized receptors shows avidity due to cooperative binding caused by bivalent ligand-receptor interactions. To compare these in vitro observations to the situation in vivo, binding studies on whole cells employing homodimeric as well as heterodimeric bone morphogenetic protein 2 (BMP2) mutants were performed. Interestingly, low and high affinity binding sites were identified, as defined by the presence of either one or two BMP receptor (BMPR)-IA receptor chains, respectively. Both sites contribute to different cellular responses in that the high affinity sites allow a rapid transient response at low ligand concentrations whereas the low affinity sites facilitate sustained signaling but higher ligand concentrations are required. CONCLUSION: Binding of a ligand to a single high affinity receptor chain functioning as anchoring molecule and providing sufficient complex stability allows the subsequent formation of signaling competent complexes. Another receptor of the same subtype, and up to two receptors of the other subtype, can then be recruited. Thus, the resulting receptor arrangement can principally consist of four different receptors, which is consistent with our interaction analysis showing low ligand-receptor specificity within one subtype class. For BMP2, further complexity is added by the fact that heterooligomeric signaling complexes containing only one type I receptor chain can also be found. This indicates that despite prominent ligand receptor promiscuity a manifold of diverse signals might be generated in this receptor limited system.