調節性タンパク質IRBITが介在するキナーゼおよびホスファターゼの動員によるCl⁻シグナル伝達とイオン輸送の調節

Sci. Signal. 30 Oct 2018:
Vol. 11, Issue 554, eaat5018
DOI: 10.1126/scisignal.aat5018

Laura Vachel^1,*, Nikolay Shcheynikov^1,*, Osamu Yamazaki^1,2,*, Moran Fremder³, Ehud Ohana³, Aran Son¹, Dong Min Shin⁴, Ai Yamazaki-Nakazawa¹, Chin-Rang Yang⁵, Mark A. Knepper⁵, and Shmuel Muallem^1,†

¹ Epithelial Signaling and Transport Section, National Institute of Dental and Craniofacial Research, National Institutes of Health, Bethesda, MD 20892, USA.
² Apheresis and Dialysis Center/General Medicine, Keio University, 35 Shinanomachi, Shinjuku-ku, Tokyo 160-0016, Japan.
³ Department of Clinical Biochemistry and Pharmacology, Faculty of Health Sciences, Ben Gurion University of the Negev, 84105 Beer Sheva, Israel.
⁴ Department of Oral Biology, BK 21 PLUS Project, Yonsei University College of Dentistry, Seoul 120-752, Korea.
⁵ Epithelial Systems Biology Laboratory, Systems Biology Center, National Heart, Lung, and Blood Institute, National Institutes of Health, Bethesda, MD 20892, USA.

† Corresponding author. Email: shmuel.muallem@nih.gov

* These authors contributed equally to this work and are first co-authors.

要約

IRBITは、NBCe1-Bをはじめとする上皮細胞の種々のイオン輸送体の活性を制御する多機能タンパク質である。IRBITとの相互作用はNBCe1-Bの活性を増強し、細胞内Cl⁻（Cl⁻_in）によるNBCe1-Bの調節を可能にする2つの潜在性のCl⁻-感知GXXXP部位を露出させる。本稿ではホスホプロテオミクス解析により、トランスポーターの活性コンホメーションとCl⁻_in.によるその調節の両方を決定するNBCe1-Bの5つのリン酸化部位を、IRBITが制御していることを明らかにした。また変異解析から、Ser²³²、Ser²³³およびSer²³⁵のリン酸化状態がIRBITにより制御されること、またこれが、NBCe1トランスポーターが活性と不活性のいずれのコンフォメーションをとるかを決定することが示唆された。Ser²³²、Ser²³³またはSer²³⁵がリン酸化されていないとき、それぞれpSer²³³/pSer²³⁵、pSer²³²/pSer²³⁵またはpSer²³²/pSer²³³のコンホメーションのNBCe1-Bが産生されていた。pSer²³³/pSer²³⁵型の活性はIRBIT活性化型NBCe1-Bのそれと類似していたが、Cl⁻_inによる阻害に対して感受性を示さなかった。pSer²³²/pSer²³⁵型の特性は野生型NBCe1-Bのそれと類似していたが、一方でpSer²³²/pSer²³³型は部分的な活性をもち、IRBITによりさらに活性化されるものの、Cl⁻_inによる阻害対して感受性を維持していた。さらにIRBITはホスファターゼPP1とキナーゼSPAKを動員してSer⁶⁵のリン酸化を制御し、これが³²GXXXP³⁶モチーフによるCl⁻_inの感知に影響していた。またIRBITは、ホスファターゼであるカルシニューリンとキナーゼCaMKIIを動員してSer¹²のリン酸化を制御し、これが¹⁹⁴GXXXP¹⁹⁸モチーフによるCl⁻_inの感知に影響していた。Ser²³²、Ser²³³およびSer²³⁵はあらゆるNBCe1変異でも保存され、その活性に影響していた。これらの所見は、複数のキナーゼおよびホスファターゼ経路がどのようにしてリン酸化部位を利用し、上皮細胞における体液およびHCO₃⁻分泌に重要な役割を果たすトランスポーターを微調整しているかを明らかにしている。

Citation: L. Vachel, N. Shcheynikov, O. Yamazaki, M. Fremder, E. Ohana, A. Son, D. M. Shin, A. Yamazaki-Nakazawa, C.-R. Yang, M. A. Knepper, S. Muallem, Modulation of Cl⁻ signaling and ion transport by recruitment of kinases and phosphatases mediated by the regulatory protein IRBIT. Sci. Signal. 11, eaat5018 (2018).