高速リバインティングは、SRC相同性2（SH2）を含むタンパク質の滞留時間を原形質膜の近くに増加させる

受容体チロシンキナーゼ（RTK）は、細胞外リガンド結合時に細胞内タンパク質のリン酸化チロシン残基をリン酸化することにより、多数の生物学的機能を制御します。ホスホチロシン（P-Tyr）は、〜100 SRCホモロジー2（SH2）ドメイン含有タンパク質のサブセットを細胞膜に補充します。このプロセスのin vivo速度論はよく理解されていません。ここでは、Total Internal Reflection（TIR）顕微鏡と単一分子イメージングを使用して、SH2モジュールと細胞膜の近くのP-Tyr部位間の相互作用を監視します。TIR照明フィールド内のSH2モジュールの滞留時間は、化学的解離速度定数に基づく予測よりも大幅に長いことがわかり、SH2モジュールが解離後すぐに近くのP-Tyr部位に迅速に象徴することを示唆しています。また、リバインドモデルと一致して、有効拡散定数は異なるSH2ドメインのそれぞれの滞留時間と負の相関があり、滞留時間はRTKリン酸化の局所密度と正の相関があることがわかりました。これらの結果は、信号の特異性、空間制御のメカニズム、ノイズ抑制など、RTKシグナル伝達の多くの側面の再評価を促す複数の結合部位の空間構成を通じて信号出力を調節できるメカニズムを示唆しています。

Receptor tyrosine kinases (RTKs) control a host of biological functions by phosphorylating tyrosine residues of intracellular proteins upon extracellular ligand binding. The phosphotyrosines (p-Tyr) then recruit a subset of ∼100 Src homology 2 (SH2) domain-containing proteins to the cell membrane. The in vivo kinetics of this process are not well understood. Here we use total internal reflection (TIR) microscopy and single-molecule imaging to monitor interactions between SH2 modules and p-Tyr sites near the cell membrane. We found that the dwell time of SH2 modules within the TIR illumination field is significantly longer than predictions based on chemical dissociation rate constants, suggesting that SH2 modules quickly rebind to nearby p-Tyr sites after dissociation. We also found that, consistent with the rebinding model, the effective diffusion constant is negatively correlated with the respective dwell time for different SH2 domains and the dwell time is positively correlated with the local density of RTK phosphorylation. These results suggest a mechanism whereby signal output can be regulated through the spatial organization of multiple binding sites, which will prompt reevaluation of many aspects of RTK signaling, such as signaling specificity, mechanisms of spatial control, and noise suppression.