プロテインチロシンホスファターゼ受容体Jの膜貫通ドメインを介したオリゴマー化を阻害することで、EGFR駆動の癌細胞の表現型を抑制することができた

Disrupting the transmembrane domain-mediated oligomerization of protein tyrosine phosphatase receptor J inhibits EGFR-driven cancer cell phenotypes.

• Elizabeth Bloch
• Eden L Sikorski
• David Pontoriero
• Evan K Day
• Bryan W Berger
• Matthew J Lazzara
• Damien Thévenin

抄録

受容体タンパク質チロシンホスファターゼ（RPTP）は、哺乳類のシグナル伝達において重要な役割を果たしている。しかし、その触媒活性の制御の構造的基盤は完全には解明されておらず、RPTPは一般的に治療上の標的となることはありません。この知識のギャップは、RPTPsの既知の天然リガンドまたは選択的アゴニストの欠如に部分的に起因しています。受容体チロシンキナーゼ（RTK）の構造機能研究から知られていることとは逆に、RPTPの活性は二量体化によって抑制されることが報告されており、これはRPTPがRTK基質にアクセスすることを妨げる可能性がある。我々は、タンパク質チロシンホスファターゼ受容体J（PTPRJ、別名DEP-1）のホモ二量化が、特定の膜貫通残基（TM）によって制御されていることを報告した。これらの相互作用を阻害すると、細胞内での完全長PTPRJのホモ二量化が不安定化し、既知のPTPRJ基質である上皮成長因子受容体（EGFR）や他の下流シグナルエフェクターのリン酸化が減少し、EGFR駆動の細胞表現型に拮抗し、基質へのアクセスが促進されることを見出した。我々は、突然変異研究を用いてヒト癌細胞においてこれらの観察を実証し、PTPRJ TMドメインに結合するペプチドを同定し、RPTPのアロステリックアゴニストの最初の例を示す。本研究の結果は、PTPRJの活性が細胞内のTM相互作用によってどのように調整されているかについて、基本的な構造的・機能的な知見を与えるものである。また、RPTPsのシグナル伝達機構を解明したり、RTKシグナルによって誘導される癌の治療に利用できるようなペプチドベースの薬剤の開発の可能性を切り開くものである。

Receptor protein tyrosine phosphatases (RPTPs) play critical regulatory roles in mammalian signal transduction. However, the structural basis for the regulation of their catalytic activity is not fully understood, and RPTPs are generally not therapeutically targetable. This knowledge gap is partially due to the lack of known natural ligands or selective agonists of RPTPs. Contrary to what is known from structure-function studies of receptor tyrosine kinases (RTKs), RPTP activities have been reported to be suppressed by dimerization, which may prevent RPTPs from accessing their RTK substrates. We report here that homodimerization of protein tyrosine phosphatase receptor J (PTPRJ, also known as DEP-1) is regulated by specific transmembrane (TM) residues. We found that disrupting these interactions destabilizes homodimerization of full-length PTPRJ in cells, reduces the phosphorylation of the known PTPRJ substrate epidermal growth factor receptor (EGFR) and of other downstream signaling effectors, antagonizes EGFR-driven cell phenotypes, and promotes substrate access. We demonstrate these observations in human cancer cells using mutational studies and identified a peptide that binds to the PTPRJ TM domain and represents the first example of an allosteric agonist of RPTPs. The results of our study provide fundamental structural and functional insights into how PTPRJ activity is tuned by TM interactions in cells. Our findings also open up opportunities for developing peptide-based agents that could be used as tools to probe RPTPs' signaling mechanisms or to manage cancers driven by RTK signaling.

© 2019 Bloch et al.