血漿膜関連キナーゼによる平滑化リン酸化と高レベルのヘッジホッグシグナル伝達活性の調節

ヘッジホッグ（HH）シグナル伝達は、Gタンパク質結合受容体（GPCR） - 家族タンパク質平滑化（SMO）を介して胚発生と成体組織の恒常性を制御します。刺激すると、SMOはショウジョウバエの細胞表面または脊椎動物の原発性繊毛に蓄積します。これは、その活性化と機能に不可欠であると考えられていますが、基礎となるメカニズムはよく理解されていません。ここでは、HHがSMOの血漿膜関連キナーゼギルガメッシュ（GISH）/CK1γへの結合を刺激し、SMOの並置領域でSER/THRクラスター（CL-II）をリン酸化することによりHH経路活性を微調整することを示しています。カルボキシル末端細胞内尾部（Cテール）。Cl-IIのリン酸化は、Smo C-C-Tailのプロテ​​インキナーゼA（PKA）を介したリン酸化によって促進され、GISHとSMOの両方の細胞表面局在に依存することがわかります。Cl-IIが高氷冠HH標的遺伝子発現にとって重要であることと一致して、そのリン酸化は、SMO上のPKAサイトのリン酸化よりも高いレベルのHHまたは同じレベルのHHへのより長い曝露を必要とするようです。さらに、脊椎動物CK1γは、SMOリン酸化とSONICヘッジホッグ（SHH）経路の活性化を促進するために、一次繊毛に局在していることがわかります。私たちの研究は、HHがSMO細胞内局在の変化を誘導して、血漿膜局在キナーゼとの関連性と活性化を促進する保存されたメカニズムを明らかにし、HHモルフォゲンがSMOを徐々に活性化する方法についての新しい洞察を提供します。

Hedgehog (Hh) signaling controls embryonic development and adult tissue homeostasis through the G protein coupled receptor (GPCR)-family protein Smoothened (Smo). Upon stimulation, Smo accumulates on the cell surface in Drosophila or primary cilia in vertebrates, which is thought to be essential for its activation and function, but the underlying mechanisms remain poorly understood. Here we show that Hh stimulates the binding of Smo to a plasma membrane-associated kinase Gilgamesh (Gish)/CK1γ and that Gish fine-tunes Hh pathway activity by phosphorylating a Ser/Thr cluster (CL-II) in the juxtamembrane region of Smo carboxyl-terminal intracellular tail (C-tail). We find that CL-II phosphorylation is promoted by protein kinase A (PKA)-mediated phosphorylation of Smo C-tail and depends on cell surface localization of both Gish and Smo. Consistent with CL-II being critical for high-threshold Hh target gene expression, its phosphorylation appears to require higher levels of Hh or longer exposure to the same level of Hh than PKA-site phosphorylation on Smo. Furthermore, we find that vertebrate CK1γ is localized at the primary cilium to promote Smo phosphorylation and Sonic hedgehog (Shh) pathway activation. Our study reveals a conserved mechanism whereby Hh induces a change in Smo subcellular localization to promote its association with and activation by a plasma membrane localized kinase, and provides new insight into how Hh morphogen progressively activates Smo.