単一分子イメージングにより細胞内の機能的TNFα誘導性細胞膜TNFR1クラスターのオリゴマー状態が明らかに

Sci. Signal. 14 Jan 2020:
Vol. 13, Issue 614, eaax5647
DOI: 10.1126/scisignal.aax5647

Christos Karathanasis¹, Juliane Medler², Franziska Fricke¹, Sonja Smith³, Sebastian Malkusch^1,*, Darius Widera⁴, Simone Fulda^3,5,6, Harald Wajant², Sjoerd J. L. van Wijk^3,†, Ivan Dikic^7,8,†, and Mike Heilemann^1,†

1. ¹ Institute of Physical and Theoretical Chemistry, Goethe University, Max-von-Laue-Strasse 7, 60438 Frankfurt am Main, Germany.
2. ² Division of Molecular Internal Medicine, Department of Internal Medicine II, University Hospital Würzburg, Auverahaus, Grombühlstrasse 12, 97080 Würzburg, Germany.
3. ³ Institute for Experimental Cancer Research in Paediatrics, Goethe University, Komturstrasse 3a, 60528 Frankfurt am Main, Germany.
4. ⁴ Stem Cell Biology and Regenerative Medicine Group, School of Pharmacy, University of Reading, RG6 6UB Reading, UK.
5. ⁵ German Cancer Consortium (DKTK), Heidelberg, Germany.
6. ⁶ German Cancer Research Centre (DKFZ), Heidelberg, Germany.
7. ⁷ Institute of Biochemistry II, Goethe University Medical School, Theodor-Stern-Kai 7, 60590 Frankfurt am Main, Germany.
8. ⁸ Buchmann Institute for Molecular Life Sciences (BMLS), Goethe University, Max-von-Laue-Strasse 15, 60438 Frankfurt am Main, Germany.

† Corresponding author. Email: s.wijk@kinderkrebsstiftung-frankfurt.de (S.J.L.v.W.); ivan.dikic@biochem2.de (I.D.); heilemann@chemie.uni-frankfurt.de (M.H.)

* Present address: Institute of Clinical Pharmacology, University Hospital of Frankfurt, Goethe University, Theodor-Stern-Kai 7, 60590 Frankfurt am Main, Germany.

要約

リガンド誘発性腫瘍壊死因子受容体1（TNFR1）の活性化は、核内因子活性化B細胞κ-軽鎖エンハンサー（NF-κB）シグナル伝達、細胞増殖、プログラム細胞死、および生存を制御し、炎症、自己免疫疾患、およびがんの進行に決定的に関与する。シグナル伝達にTNFR1クラスター化が関連しているにもかかわらず、リガンドフリーおよびリガンド活性化TNFR1のオリゴマー化に関しては、議論の余地がある。現在、モデルの範囲は、リガンド非依存性の受容体プレダイマー化からリガンド誘導性のオリゴマー化に及ぶ。ここでは、定量的、単一分子超解像顕微鏡法を用いて、ネイティブの細胞環境および生理学的な細胞表面存在量でTNFR1の集合を直接研究した。そのリガンドTNFαの非存在下で、TNFR1は、単量体および二量体受容体ユニットを構成していた。TNFαが結合すると、TNFR1は主に、三量体だけでなく、より高次のオリゴマーにもクラスター化した。TNFR1のプレリガンド会合ドメインの機能的変異により、リガンド結合障害を示す単量体TNFR1のみが生じた。対照的に、リガンド結合CRD2サブドメインに変異をもつTNFR1の形態は、非リガンド結合野生型TNFR1のモノマー対ダイマー比を保持したが、リガンド結合は示さなかった。これらの結果は、NF-κBシグナル伝達におけるリガンド非依存性TNFR1二量体化の重要性を強調する。

Citation: C. Karathanasis, J. Medler, F. Fricke, S. Smith, S. Malkusch, D. Widera, S. Fulda, H. Wajant, S. J. L. van Wijk, I. Dikic, M. Heilemann, Single-molecule imaging reveals the oligomeric state of functional TNFα-induced plasma membrane TNFR1 clusters in cells. Sci. Signal. 13, eaax5647 (2020).