黏附G蛋白偶联受体GPR133(ADGRD1)的分子内切割和解离对经典信号传导的功能影响。

Functional impact of intramolecular cleavage and dissociation of adhesion G protein-coupled receptor GPR133 (ADGRD1) on canonical signaling.

作者信息Joshua D Frenster, Gabriele Stephan, Niklas Ravn-Boess, Devin Bready, Jordan Wilcox, Bjoern Kieslich, Caroline Wilde, Norbert Sträter, Giselle R Wiggin, Ines Liebscher, Torsten Schöneberg, Dimitris G Placantonakis
PMID34022221
发布时间2021-01
DOI10.1016/j.jbc.2021.100798

实验完整度

高

包含体外细胞模型(HEK293T和患者来源GBM细胞)、亚细胞分离、Western blot、HTRF、ELISA、免疫荧光、融合蛋白系统及功能验证。

主要模型

HEK293T细胞 患者来源胶质母细胞瘤(GBM)培养细胞 融合蛋白PAR1–GPR133(ΔTN)

重点核对

GPR133 WT与H543R突变体在HEK293T和GBM细胞中的cAMP信号差异 亚细胞分离验证GPR133在质膜的分布 cycloheximide处理验证蛋白质合成阻断对未切割形式的影响 BFA处理验证ER-高尔基体运输阻断对成熟糖基化的影响 凝血酶诱导的融合蛋白NTF脱落与cAMP水平变化

摘要

GPR133(ADGRD1)是一种黏附G蛋白偶联受体(GPCR),其经典信号传导激活GαS介导的胞质cAMP生成,已被证明对胶质母细胞瘤(GBM)这种脑恶性肿瘤的生长是必需的。GPR133的胞外N末端被认为在GPCR自蛋白水解诱导域进行自蛋白水解切割,产生N末端片段(NTF)和C末端片段(CTF)。然而,这种切割在受体激活中的作用仍不清楚。在这里,我们使用亚细胞分离和免疫沉淀方法表明,WT GPR133受体在蛋白质合成后不久被切割,并在患者来源的GBM培养细胞和HEK293T细胞中产生比不可切割的点突变体GPR133(H543R)显著更多的经典信号。切割后,产生的NTF和CTF保持非共价结合,直到受体被运输到质膜,我们在那里证明了NTF–CTF解离发生。使用GPR133的CTF与凝血酶激活的人蛋白酶激活受体1的N末端的融合体作为可控的代理系统,以测试分子内切割和解离的影响,我们还表明凝血酶诱导的切割和人蛋白酶激活受体1 NTF的脱落增加了细胞内cAMP水平。这些结果支持一个模型,其中NTF在质膜处与CTF的解离促进GPR133激活和下游信号传导。这些发现加深了我们对GPR133分子生命周期和作用机制的理解,并为靶向GPR133治疗GBM提供了关键见解。

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
研究GPR133的分子内切割和NTF–CTF解离是否及如何调节其经典信号传导。
核心机制
GPR133在ER中几乎完全切割,NTF与CTF在分泌途径中非共价结合,到达质膜后NTF解离,暴露Stachel序列,增强GαS介导的cAMP信号。
主要证据
通过HTRF检测WT和H543R突变体的cAMP水平差异;亚细胞分离和Western blot显示切割发生和NTF-CTF结合状态;融合蛋白系统验证凝血酶诱导的NTF脱落增加cAMP信号。
研究意义
揭示GPR133激活机制,为靶向GPR133治疗胶质母细胞瘤提供理论依据。

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

验证GPR133切割与信号强度的关联

确定WT与不可切割突变体H543R在cAMP信号上的差异

在HEK293T和患者来源GBM细胞中过表达WT或H543R GPR133,通过HTRF测定cAMP水平,并使用ELISA确认表达水平一致。

2

检测GPR133的切割程度和形式

确认WT GPR133是否几乎完全切割,并鉴定切割产物

通过Western blot分析过表达WT或H543R的细胞裂解物,使用抗CTF和抗NTF抗体检测切割产物。

3

分析GPR133的亚细胞分布和糖基化状态

确定切割是否影响受体运输至质膜,并分析糖基化成熟过程

使用亚细胞分离获得细胞质/ER、核/ER/高尔基体和质膜部分,Western blot检测GPR133片段分布,并用糖苷酶处理分析糖基化状态。

4

验证NTF-CTF的结合与解离

证明NTF和CTF在分泌途径中结合,在质膜上解离

通过亲和纯化结合亚细胞分离,比较不同细胞部分中NTF/CTF的比例;检测细胞培养上清中的可溶性NTF,并进行蛋白质半衰期分析。

5

测试NTF解离对信号的影响

直接证明NTF解离增加GPR133的经典信号

构建PAR1–GPR133融合蛋白,用凝血酶诱导NTF脱落,通过HTRF检测cAMP水平,并用表面ELISA确认NTF脱落。

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。

产品清单

实验环节名称品牌货号
AccutaseInnovative Cell TechnologiesAT104
多聚-L-鸟氨酸SigmaP4957
层粘连蛋白Thermo Fisher23017015
Neurobasal培养基Gibco21103049
N2添加剂Gibco17-502-049
B27添加剂Gibco12587010
非必需氨基酸Gibco11140050
GlutaMax添加剂Gibco35050061
表皮生长因子R&D236-EG-01M
碱性成纤维细胞生长因子R&D233-FB-01M
DMEM培养基Gibco11965-118
胎牛血清Peak SerumPS-FB2
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen11668-019
Lipofectamine 2000 Stem转染试剂Thermo FisherSTEM00008
cAMP Gs动态检测试剂盒CisBio62AM4PEC
FlexStation 3多功能酶标仪Molecular Devices--
Bright-Glo荧光素酶检测系统PromegaE2650
BioTek Synergy H1酶标仪BioTek--
RIPA裂解缓冲液Thermo89900
Halt蛋白酶抑制剂混合物Thermo78429
正十二烷基-β-D-麦芽糖苷ThermoBN2005
DC蛋白定量试剂盒IIBio-Rad5000112
Laemmli缓冲液Bio-Rad1610747
硝酸纤维素膜Bio-Rad1620112
iBright FL1000成像系统Invitrogen--
ImageJ软件----
质膜提取试剂盒Abcamab65400
Bioruptor水浴超声仪DiagenodeUCD-300
蛋白质去糖基化混合物IINEBP6044
内切糖苷酶HfNEBP0703
Strep-Tactin琼脂糖树脂IBA2-1201-002
Buffer W洗液IBA2-1003-100
BioLock生物素阻断液IBA2-0205-250
Buffer E洗脱液IBA2-1000-025
脱硫生物素IBA2-1000-001
布雷菲德菌素A溶液Invitrogen00-4506-51
3-异丁基-1-甲基黄嘌呤Sigma-AldrichI7018-100MG
4',6-二脒基-2-苯基吲哚----
Zeiss LSM700共聚焦显微镜Zeiss--
TMB稳定显色底物Thermo FisherSB02
终止液Thermo FisherSS04
pLVX-EF1alpha-mCherry-N1载体Takara631986
凝血酶受体cDNA ORF克隆Sino BiologicalHG13535-NM
凝血酶Sigma-AldrichT9326-150UN
抗GPR133-CTF抗体Sigma-AldrichHPA042395
抗GPR133-NTF抗体不适用克隆8E3E8
抗β-肌动蛋白抗体Thermo FisherAM4302
抗GAPDH抗体Thermo FisherPA1-9046
抗mCherry抗体Abcamab205402
抗钙联蛋白抗体Cell Signaling Technology2433S
抗钙网蛋白抗体Abcamab92516
抗GM130抗体Abcamab52649
抗泛钙黏蛋白抗体Abcamab51034
抗组蛋白H2A抗体Cell Signaling Technology3636S
抗ATP1A3抗体Thermo FisherMA3-915
抗Myc标签抗体Cell Signaling2276S
抗FLAG标签抗体Sigma-AldrichF7425
抗HA标签抗体Sigma-AldrichH3663
二抗Thermo Fisher--

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
细胞培养
患者来源GBM细胞的培养条件(培养基、基质、氧浓度)
阅读提示:Experimental procedures - Cell culture
信号检测
cAMP检测的细胞密度、IBMX浓度和孵育时间
阅读提示:Experimental procedures - HTRF signaling assays
蛋白质分析
Western blot裂解缓冲液、样品处理和抗体
阅读提示:Experimental procedures - Western blot analysis
亚细胞分离
亚细胞分离试剂盒和方法
阅读提示:Experimental procedures - Subcellular fractionation
药物处理
cycloheximide和BFA的浓度及处理时间
阅读提示:Experimental procedures - Chemical drug treatments