細胞膜から核までの時空間Notch相互作用マップ

SCIENCE SIGNALING
1 Aug 2023 Vol 16, Issue 796
[DOI: 10.1126/scisignal.adg6474]

Alexandre P. Martin¹, Gary A. Bradshaw², Robyn J. Eisert¹, Emily D. Egan¹, Lena Tveriakhina¹, Julia M. Rogers¹, Andrew N. Dates¹, Gustavo Scanavachi^{3, 4, 5}, Jon C. Aster⁶, Tom Kirchhausen^{3, 4, 5}, Marian Kalocsay^{7, *}, Stephen C. Blacklow^{1, 8, †, *}

1. ¹ Department of Biological Chemistry and Molecular Pharmacology, Blavatnik Institute, Harvard Medical School, Boston, MA 02115, USA.
2. ² Department of Systems Biology, Laboratory of Systems Pharmacology, Harvard Medical School, Boston, MA 02115, USA.
3. ³ Department of Cell Biology, Harvard Medical School, Boston, MA 02115, USA.
4. ⁴ Program in Cellular and Molecular Medicine, Boston Children's Hospital, Boston, MA 02115, USA.
5. ⁵ Department of Pediatrics, Harvard Medical School, Boston, MA 02115, USA.
6. ⁶ Department of Pathology, Brigham and Women's Hospital, Boston, MA 02115, USA.
7. ⁷ Department of Experimental Radiation Oncology, University of Texas MD Anderson Cancer Center, Houston, TX 77030, USA.
8. ⁸ Department of Cancer Biology, Dana Farber Cancer Institute, Boston, MA 02215, USA.

* Corresponding author. Email: mkalocsay@mdanderson.org (M.K.); stephen_blacklow@hms.harvard.edu (S.C.B.)

† Lead contact.

Editor's summary

膜貫通受容体Notchにリガンドが結合すると、2つのタンパク質分解性切断事象が誘発され、その細胞内ドメイン（NICD）が遊離され、核に移行して遺伝子発現を調節する。Martinらは、刺激されたヒト細胞において内因性のNOTCH2/NICD2が核に移行する際に遭遇する細胞内タンパク質の時間分解マップを作製した。NICD2放出を引き起こす2番目の切断事象は細胞内区画で起こり、その後NICD2は膜とアクチン細胞骨格を結合するタンパク質と一時的に相互作用した。このような時間分解近接マッピングは、細胞内の他のシグナル伝達タンパク質の経路を追跡するために利用できる可能性がある。— Annalisa M. VanHook

要約

Notchシグナル伝達は、細胞運命の決定を駆動する核エフェクターを遊離する膜貫通受容体Notchのリガンド誘導性タンパク質分解に依存する。リガンドが結合すると、膜貫通プロテアーゼADAM10と細胞内プロテアーゼγ-セクレターゼによるNotchの連続切断によりNotch細胞内ドメイン（NICD）が放出され、核に移行して標的遺伝子の転写を誘導する複合体を形成する。Notchのタンパク質分解と細胞膜から核への移動に必要な個々のステップの位置とタイミングをマッピングするため、定量的多重質量分析法による近接標識を用いて、γ-セクレターゼ阻害剤存在下リガンド刺激後と阻害剤除去後の時間の関数として、内因性NOTCH2の相互作用パートナーをモニターした。われわれの研究では、γ-セクレターゼを介したNOTCH2の切断が細胞内区画で起こり、核複合体の形成とクロマチン修飾酵素の動員が阻害剤の洗い流し後45分以内に起こることが示された。これらの知見は、細胞膜から核までのNotchの経路を追跡する詳細な時空間マップを提供し、Notch活性を調節する潜在的な標的であるシグナル伝達事象を同定する。