Wnt 共受容体 LRP5 と LRP6 の分子的違いを解剖する

低密度リポタンパク質受容体関連タンパク質5および6（LRP5およびLRP6）は、標準的なβ-カテニン経路のWNT共受容体として機能します。LRP6は胚形成に不可欠ですが、LRP5とLRP6の両方が、骨格リモデリング、骨粗鬆症の病因、癌の形成に重要な役割を果たし、LRP5およびLRP6の重要な治療標的を癌および疾患治療にします。LRP5およびLRP6はそれぞれ、細胞質ドメインに5つの保存されたPPPSPXSモチーフを含んでおり、シグナル伝達に極めて重要であり、足場タンパク質軸のリン酸化依存性ドッキング部位として集合的に機能します。ただし、既存のデータは、LRP6がWNT信号を導入する際にLRP5よりも効果的であることを示唆しています。LRP5およびLRP6のさまざまなシグナル伝達活性を説明する分子基盤を理解するために、LRP5およびLRP6細胞質ドメイン、LRP5CおよびLRP6Cを交換することにより、一連のキメラ受容体を生成し、生化学的アッセイと機能的アッセイを使用してWNTシグナル伝達活性を研究しました。LRP6Cは強いシグナル伝達活性を示し、LRP5Cは細胞ではあまり活性ではないことを実証します。in vitroのリン酸化時の組換えLRP5CおよびLRP6Cは、同様の軸結合能力を示し、LRP5とLRP6は、リン酸化を受ける可能性が高いAxin結合の前のステップでin vivoが異なることを示唆しています。2つのほとんどのカルボキシルPPPSPXSモチーフの間で、LRP5CとLRP6Cの違いの大部分を説明するように見える介在する「GAP4」領域を特定し、この領域の変化がLRP5 PPPSPXSリン酸化を強化し、LRP6に匹敵するレベルに合ったレベルに合わせてシグナル伝達を強化することを示しました。セル内。さらに、リン酸化LRP5またはLRP6の軸への結合が直接的であり、提案されているように架橋中間体としてGSK3キナーゼを必要としないという証拠を提供します。したがって、私たちの研究は、LRP5およびLRP6のリン酸化およびシグナル伝達活性の微分調節のための新しい重要な分子調整メカニズムを明らかにしています。

Low-density lipoprotein receptor-related proteins 5 and 6 (LRP5 and LRP6) serve as Wnt co-receptors for the canonical β-catenin pathway. While LRP6 is essential for embryogenesis, both LRP5 and LRP6 play critical roles for skeletal remodeling, osteoporosis pathogenesis and cancer formation, making LRP5 and LRP6 key therapeutic targets for cancer and disease treatment. LRP5 and LRP6 each contain in the cytoplasmic domain five conserved PPPSPxS motifs that are pivotal for signaling and serve collectively as phosphorylation-dependent docking sites for the scaffolding protein Axin. However existing data suggest that LRP6 is more effective than LRP5 in transducing the Wnt signal. To understand the molecular basis that accounts for the different signaling activity of LRP5 and LRP6, we generated a series of chimeric receptors via swapping LRP5 and LRP6 cytoplasmic domains, LRP5C and LRP6C, and studied their Wnt signaling activity using biochemical and functional assays. We demonstrate that LRP6C exhibits strong signaling activity while LRP5C is much less active in cells. Recombinant LRP5C and LRP6C upon in vitro phosphorylation exhibit similar Axin-binding capability, suggesting that LRP5 and LRP6 differ in vivo at a step prior to Axin-binding, likely at receiving phosphorylation. We identified between the two most carboxyl PPPSPxS motifs an intervening "gap4" region that appears to account for much of the difference between LRP5C and LRP6C, and showed that alterations in this region are sufficient to enhance LRP5 PPPSPxS phosphorylation and signaling to levels comparable to LRP6 in cells. In addition we provide evidence that binding of phosphorylated LRP5 or LRP6 to Axin is likely direct and does not require the GSK3 kinase as a bridging intermediate as has been proposed. Our studies therefore uncover a new and important molecular tuning mechanism for differential regulation of LRP5 and LRP6 phosphorylation and signaling activity.