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自己抑制型と活性型のBRAF-MEK1-14-3-3複合体の構造
Architecture of autoinhibited and active BRAF-MEK1-14-3-3 complexes.
PMID: 31581174 PMCID: PMC7014971. DOI: 10.1038/s41586-019-1660-y.
抄録
RAFファミリーキナーゼは、MAPキナーゼカスケードを介してシグナル伝達を開始し、細胞の増殖、分化、生存を制御するRAS活性化スイッチである。RAFの活性は厳密に制御されており、不適切な活性化は癌の原因となることが多いが、現在のところRAFの構造的基盤は十分に理解されていない。本研究では、低温電子顕微鏡を用いて、MEK1と14-3-3の二量体との複合体における完全長BRAFの自己抑制状態と活性状態の構造を明らかにした。その結果、14-3-3-3ダイマーによって形成された揺りかご内で抑制された不活性なBRAF-MEK1複合体が、BRAFキナーゼドメインを挟んでリン酸化されたS365とS729部位に結合していることが明らかになった。BRAFのシステインに富んだドメインは、この集合体を安定化させる中央位置を占めているが、隣接するRAS結合ドメインは整然としておらず、周辺部に位置している。14-3-3クレードルは、膜結合システインリッチドメインを隔離し、BRAFキナーゼドメインの二量体化をブロックすることにより、自己抑制を維持する。活性状態では、これらの阻害性相互作用は解放され、単一の14-3-3-3ダイマーは、2つのBRAFのC末端のpS729結合部位を橋渡しするように再配列し、これにより、活性で背中合わせのBRAFダイマーの形成が促進されます。我々の構造スナップショットは、正常なRAFの制御と、がんや発生症候群におけるその突然変異の混乱を理解するための基礎を提供します。
RAF family kinases are RAS-activated switches that initiate signalling through the MAP kinase cascade to control cellular proliferation, differentiation and survival. RAF activity is tightly regulated and inappropriate activation is a frequent cause of cancer; however, the structural basis for RAF regulation is poorly understood at present. Here we use cryo-electron microscopy to determine autoinhibited and active-state structures of full-length BRAF in complexes with MEK1 and a 14-3-3 dimer. The reconstruction reveals an inactive BRAF-MEK1 complex restrained in a cradle formed by the 14-3-3 dimer, which binds the phosphorylated S365 and S729 sites that flank the BRAF kinase domain. The BRAF cysteine-rich domain occupies a central position that stabilizes this assembly, but the adjacent RAS-binding domain is poorly ordered and peripheral. The 14-3-3 cradle maintains autoinhibition by sequestering the membrane-binding cysteine-rich domain and blocking dimerization of the BRAF kinase domain. In the active state, these inhibitory interactions are released and a single 14-3-3 dimer rearranges to bridge the C-terminal pS729 binding sites of two BRAFs, which drives the formation of an active, back-to-back BRAF dimer. Our structural snapshots provide a foundation for understanding normal RAF regulation and its mutational disruption in cancer and developmental syndromes.