Nature/EMBO J :武汉大学宋保亮团队发现胆固醇修饰SMO对Hh信号通路的激活至关重要

2022-12-26 iNature iNature 发表于上海

Hedgehog (Hh)信号通路在胚胎发育中起着关键作用。

Hedgehog (Hh)信号通路在胚胎发育中起着关键作用。Hh结合到Patched1 (PTCH1)抑制Smoothened (SMO),从而激活下游信号转导。胆固醇对SMO富半胱氨酸结构域(CRD)的共价修饰对SMO的功能至关重要。SMO的胆固醇化是一种钙加速的自加工反应,STIM-ORAI介导的储存操作钙进入促进胆固醇化和核内体定位的SMO的激活。然而,目前尚不清楚Hh-PTCH1的相互作用是否调控内质网(ER)定位的SMO的活性。

2022年12月16日,武汉大学宋保亮团队在 EMBO Journal(IF=14)在线发表题为“GRAMD1/ASTER-mediated cholesterol transport promotes Smoothened cholesterylation at the endoplasmic reticulum”的研究论文,该研究表明GRAMD1/ASTER 介导的胆固醇转运促进内质网SMO胆固醇化。该研究发现PTCH1抑制了来自ER的依赖于COPII的SMO输出,而Hh促进了这一过程。

SMO胞浆尾部的RRxWxR氨基酸基对COPII识别、纤毛定位和信号转导活性至关重要。Hh和PTCH1调节ER定位的SMO的胆固醇修饰,而SMO的胆固醇化加速了它从ER的退出。GRAMD1/ASTER固醇转运蛋白促进胆固醇从PM转移到ER,导致SMO胆固醇化增加和Hh信号增强。总之,作者揭示了GRAMD介导的胆固醇转运在ER驻留SMO成熟和Hh信号通路中的调节作用。

另外,2022年8月3日,武汉大学宋保亮团队在Nature 在线发表题为Inhibition of ASGR1 decreases lipid levels by promoting cholesterol excretion的研究论文,该研究表明靶向ASGR1可上调LXRα、ABCA1和ABCG5/G8,抑制SREBP1和脂肪生成,从而促进胆固醇排泄并降低血脂水平。

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胆固醇是Hh途径中必不可少的小信号分子。除了在C端修饰Hh外,胆固醇还可以共价连接到人类SMO的天冬氨酸95残基(D95,相当于小鼠ortholog中的D99)。Hh可增加SMO的胆固醇化,PTCH1可抑制,与Hh信号激活相关。研究人员生成了D99N敲入突变小鼠,发现纯合子SmoD99N/D99N小鼠具有胚胎致死和心脏发育缺陷,表型复制Smo 缺陷小鼠。D95残基定位于SMO N端半胱氨酸结构域(CRD)胆固醇结合槽的底部。D-N取代消除了胆固醇结合和胆固醇与CRD的结合。但尚不清楚CRD上的胆固醇化是否是全长SMO蛋白激活所必需的。
 
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Hh信号调节SMO胞内转运的模式(图源自EMBO Journal  
 
虽然SMO(D95E)突变体可以被胆固醇结合,但它不能被胆固醇化而转移到初级纤毛。SmoD99E/D99E敲入小鼠在胚胎阶段是致死的,这表明胆固醇与CRD的结合是SMO功能所必需的。通过培养细胞,SMO的胆固醇修饰被证明是一种Ca2+加速的自身反应,涉及D95和Y130残基之间的分子内酯连接。Hh刺激通过STIM1-ORAI1介导的储存操作的钙进入(SOCE)增加了SMO驻留内体中的Ca2+浓度。
 
SMO的7个跨膜螺旋形成疏水隧道,以容纳多个胆固醇或氧固醇分子。然而,尚不清楚跨膜结构域和CRD结构域如何协调调节SMO激活以响应Hh刺激。此外,作者已经证明Ca2+是SMO胆固醇化和激活的限速因素。由于内质网(ER)是一种低胆固醇但腔内Ca2+浓度高的细胞器,目前尚不清楚ER定位的SMO是否以及如何受到Hh和PTCH1的调控。
 
在本研究中发现PTCH1抑制而Hh促进SMO的ER退出。SMO的C端RRxWxR基序是COPII募集、ER出芽和随后转位到初级纤毛所必需的。Hh和PTCH1通过控制GRAMD1介导的胆固醇从PM转运到ER来调节SMO的胆固醇化。CRD的胆固醇化加速了SMO的ER出芽。
 
原文链接:
https://www.embopress.org/doi/abs/10.15252/embj.2022111513

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