液滴が細胞の変化への対応方法を形作る(Liquid Droplets Shape How Cells Respond to Change)

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2024-04-22 カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)

カリフォルニア大学サンディエゴ校の科学者たちが、細胞内のシグナル伝達経路の新しい調整方法を発見しました。研究によると、細胞内のメッセージが過剰になると、これらのメッセンジャーは液体の滴を形成し、過剰なシグナルを隔離して非特異的なシグナリングを抑制します。この発見は、特定の遺伝子のタンパク質生産の促進や血糖レベルの維持など、適切なドメインへの正確なメッセージ伝達を確保するために重要です。この研究は「Molecular Cell」誌に掲載されました。また、このメカニズムの消失が稀な肝臓がんの一種である線維性腺腫性がん(FLC)の過剰なシグナリングと腫瘍形成に寄与していると考えられています。

<関連情報>

PKA RIα相分離の分子決定因子とシグナル伝達効果 Molecular determinants and signaling effects of PKA RIα phase separation

Julia C. Hardy,Emily H. Pool,Jessica G.H. Bruystens,…,Susan S. Taylor,Sohum Mehta,Jin Zhang,,
Molecular Cell  Published:March 26, 2024
DOI:https://doi.org/10.1016/j.molcel.2024.03.002

Highlights

  • RIα LLPS involves dimerization via two interfaces and cAMP-driven unleashing of PKA-C
  • Spatial PKA signaling is distinctly regulated by LLPS and AKAP anchoring
  • A non-canonical, active PKA holoenzyme exists in RIα condensates
  • RIα condensates retain active PKA-C to maintain low-cytosolic PKA signaling

Summary

Spatiotemporal regulation of intracellular signaling molecules, such as the 3′,5′-cyclic adenosine monophosphate (cAMP)-dependent protein kinase (PKA), ensures proper cellular function. Liquid-liquid phase separation (LLPS) of the ubiquitous PKA regulatory subunit RIα promotes cAMP compartmentation and signaling specificity. However, the molecular determinants of RIα LLPS remain unclear. Here, we reveal that two separate dimerization interfaces, combined with the cAMP-induced unleashing of the PKA catalytic subunit (PKA-C) from the pseudosubstrate inhibitory sequence, drive RIα condensate formation in the cytosol of mammalian cells, which is antagonized by docking to A-kinase anchoring proteins. Strikingly, we find that the RIα pseudosubstrate region is critically involved in forming a non-canonical R:C complex, which recruits active PKA-C to RIα condensates to maintain low basal PKA activity in the cytosol. Our results suggest that RIα LLPS not only facilitates cAMP compartmentation but also spatially restrains active PKA-C, thus highlighting the functional versatility of biomolecular condensates in driving signaling specificity.

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