低密度脂蛋白受体相关蛋白1对基质金属蛋白酶1的高亲和力结合需要蛋白酶:抑制剂复合物的形成。

High-Affinity Binding of LDL Receptor-Related Protein 1 to Matrix Metalloprotease 1 Requires Protease:Inhibitor Complex Formation.

作者信息Allison L Arai, Mary Migliorini, Dianaly T Au, Elizabeth Hahn-Dantona, David Peeney, William G Stetler-Stevenson, Selen C Muratoglu, Dudley K Strickland
PMID32702237
发布时间2020-08-18
DOI10.1021/acs.biochem.0c00442

实验完整度

包含体外结合实验(SPR)、细胞摄取实验(hAoSMCs和MEFs)以及机制验证(赖氨酸修饰、簇结合分析)。

主要模型

人主动脉平滑肌细胞(hAoSMCs) 小鼠胚胎成纤维细胞(MEFs) TIMP-1敲除小鼠胚胎成纤维细胞 MMP-9敲除小鼠胚胎成纤维细胞

重点核对

SPR实验中各配体浓度范围及KD值测定 hAoSMCs中125I-proMMP-1的内化和降解依赖于LRP1(RAP和抗LRP1 IgG抑制) proMMP-9/TIMP-1复合物在MEFs中的内化效率高于单独蛋白 赖氨酸残基对MMP-1和TIMP-1与LRP1结合的关键作用 MMP-1/TIMP-1复合物对LRP1簇III的偏好

摘要

基质金属蛋白酶(MMP)的激活有助于细胞外基质(ECM)的降解,导致多种病理。低密度脂蛋白受体相关蛋白1(LRP1)是一种多功能的胞吞和信号受体,负责多种蛋白酶、蛋白酶抑制剂和脂蛋白以及其他众多蛋白质的内化和溶酶体降解。在本研究中,我们确定MMP-1是LRP1的一种新型配体。采用表面等离子体共振的结合研究表明,proMMP-1和活性MMP-1均与纯化的LRP1结合,平衡解离常数(KD)分别为19 nM和25 nM。我们观察到人主动脉平滑肌细胞能够以LRP1介导的过程迅速内化和降解125I标记的proMMP-1。我们的结合数据还显示,所有组织金属蛋白酶抑制剂(TIMPs)均以23 nM至33 nM的KD值与LRP1结合。有趣的是,MMP-1/TIMP-1复合物与LRP1的结合亲和力(KD = 0.6 nM)比任一单独组分高出30倍,表明LRP1优先选择蛋白酶:抑制剂复合物作为配体。值得注意的是,proMMP-1或TIMP-1上赖氨酸残基的修饰消除了MMP-1/TIMP-1复合物与LRP1结合的能力。LRP1对酶:抑制剂复合物的优先结合进一步得到支持,即proMMP-9/TIMP-1复合物的结合亲和力高于这两种组分单独存在时的亲和力。LRP1具有四个配体结合重复簇,MMP-1、TIMP-1和MMP-1/TIMP-1复合物与簇III的结合最强烈。我们的结果揭示了LRP1在通过调节MMP-1和MMP-9水平控制ECM稳态中的重要作用。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
LRP1是否与MMP-1结合,以及复合物形成对其亲和力和细胞摄取的影响。
核心机制
MMP-1/TIMP-1复合物通过双价结合模型与LRP1结合,其高亲和力主要源于较慢的解离速率,需要MMP-1和TIMP-1上的赖氨酸残基。
主要证据
SPR结合实验显示MMP-1/TIMP-1复合物与LRP1的KD为0.6 nM,较单独组分高约30倍;细胞实验显示复合物内化更有效。
研究意义
LRP1通过优先结合MMP-TIMP复合物调节MMP水平,控制ECM稳态,可能为相关疾病提供治疗靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

MMP-1与LRP1结合的鉴定

确定MMP-1是否为LRP1的配体。

通过SPR将纯化LRP1固定在芯片上,注入proMMP-1、活性MMP-1和MMP-1/TIMP-1复合物,检测结合。

2

TIMP家族与LRP1的结合亲和力测定

检测所有TIMP是否直接与LRP1结合。

使用SPR测定TIMP-1至TIMP-4与LRP1的平衡结合常数。

3

赖氨酸残基对结合的作用

验证MMP-1和TIMP-1上的赖氨酸残基是否对LRP1结合至关重要。

用Sulfo-NHS-acetate烷基化proMMP-1或TIMP-1,然后检测其与LRP1的结合能力。

4

MMP-1/TIMP-1复合物结合动力学分析

比较MMP-1各形式与LRP1的结合亲和力,验证复合物是否优先结合。

通过SPR进行动力学实验,使用双价模型拟合数据,计算KD。

5

细胞摄取和降解实验

确定LRP1能否介导MMP-1的细胞摄取和降解。

使用hAoSMCs,加入125I-proMMP-1,检测内化和降解,并用RAP和抗LRP1 IgG抑制。

6

LRP1簇结合偏好

确定MMP-1和TIMP-1优先结合的LRP1簇。

将LRP1簇II、III、IV固定在芯片上,进行SPR结合实验。

7

proMMP-9/TIMP-1复合物结合和细胞摄取

验证TIMP-1复合物是否也增强proMMP-9的LRP1结合和内化。

SPR分析proMMP-9和proMMP-9/TIMP-1复合物与LRP1的结合,并在MEFs中检测内化和降解。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

验证细胞功能变化
验证活性
蛋白质修饰

产品清单

实验环节名称品牌货号
CM5传感芯片GE Healthcare Life Sciences--
硫代-NHS-乙酸酯Thermo-Fisher Scientific--
DMEM培养基Corning--
Nutridoma补充物Sigma--
SmGM-2生长培养基Lonza--
胎牛血清Atlanta Biologicals--
抗LRP1抗体8G1----
辣根过氧化物酶偶联的山羊抗小鼠IgG----
淬灭荧光底物Calbiochem444219
碘-125Perkin ElmerNEZ-033
PD-10脱盐柱GE Healthcare--
D-Tube透析器迷你型Millipore71504-3
蛋白G磁珠New England BioLabsS1430S
Spin-X离心管CostarCLS8163

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
SPR结合实验
LRP1固定化水平、配体浓度范围、缓冲液组成
阅读提示:Methods: Surface plasmon resonance
细胞摄取实验
细胞类型、细胞接种密度、配体浓度、孵育时间、抑制剂浓度
阅读提示:Methods: Cell-mediated internalization assays; Figure 5 legend
proMMP-9/TIMP-1复合物实验
复合物形成比例、孵育时间、细胞系(MEFs, KO MEFs)
阅读提示:Methods: MMP activation and complex formation; Results and Figure 9 legend
LRP1簇结合实验
LRP1簇蛋白固定化、配体浓度梯度
阅读提示:Results: MMP-1 and TIMP-1 preferentially bind to cluster III; Figure 6 legend