MOE Key Laboratory of Protein Sciences, Collaborative Innovation Center for Diagnosis and Treatment of Infectious Diseases, School of Life Sciences, Institute for Immunology, Tsinghua University, Beijing, 100084, China.
Cardiovascular Research Institute, University of California, San Francisco, San Francisco, CA, 94143, USA.
Leukemia. 2019 Mar;33(3):710-729. doi: 10.1038/s41375-018-0244-4. Epub 2018 Sep 12.
Tonic or chronic active B-cell receptor (BCR) signaling is essential for the survival of normal or some malignant B cells, respectively. However, the molecular mechanism regulating the strength of these two types of BCR signaling remains unknown. Here, using high-speed high-resolution single-molecule tracking in live cells, we identified that PKCβ, STIM1, and IP3R1/2/3 molecules affected the lateral Brownian mobile behavior of BCRs on the plasma membrane of quiescent B cells, which was correlated to the strength of BCR signaling. Further mechanistic studies revealed that these three molecules influenced BCR mobility by regulating the membrane tethering of MARCKS to the inner leaflet of the plasma membrane. Indeed, membrane-untethered or deficiency of MARCKS significantly decreased, while membrane-tethered or overexpression of MARCKS drastically increased the lateral mobility of BCRs. Functional experiments indicated that the membrane-tethered MARCKS suppressed the survival and/or proliferation in both B-cell tumor cells and mouse primary splenic B cells in vitro and in vivo. Mechanistically, we found that membrane-tethered MARCKS increased BCR lateral mobility, and thus decreased BCR nanoclustering by disturbing the interaction between cortical F-actin and the inner leaflet of the plasma membrane, resulting in the suppression of the strength of both tonic and chronic active BCR signaling. Conclusively, MARCKS is a newly identified molecule regulating the strength of BCR signaling by modulating cytoskeleton and plasma membrane interactions, both in the physiological and pathological conditions, suggesting that MARCKS is a putative target for drug design.
Tonischer oder chronisch aktiver B-Zell-Rezeptor (BCR)-Signalweg ist für das Überleben normaler oder einiger maligner B-Zellen wesentlich. Allerdings ist der molekulare Mechanismus, der die Stärke dieser beiden Arten von BCR-Signalisierungen reguliert, unbekannt. Hier identifizierten wir mittels hochgeschwindigkeits- und hochauflösender Einzelmolekül-Tracking in lebenden Zellen, dass die Moleküle PKCβ, STIM1 und IP3R1/2/3 die laterale Brownsche Bewegungsfreiheit von BCRs auf der Plasmamembran ruhender B-Zellen beeinflussen, was mit der Stärke der BCR-Signalgebung korreliert. Weitere mechanistische Studien zeigten, dass diese drei Moleküle die BCR-Beweglichkeit dadurch beeinflussen, dass sie die Membrantethering von MARCKS an die innere Blattseite der Plasmamembran regulieren. Tatsächlich verringerte die entmembranierte oder Fehlfunktion von MARCKS die laterale Beweglichkeit der BCRs signifikant, während die membrantetherte oder Überexpression von MARCKS die laterale Mobilität der BCRs drastisch erhöhte. Funktionelle Experimente zeigten, dass das membrantetherte MARCKS sowohl in B-Zell-Tumorzellen als auch in primären Maus-Splen-B-Zellen in vitro und in vivo das Überleben und/oder die Proliferation hemmen konnte. Mechanistisch stellten wir fest, dass das membrantetherte MARCKS die laterale Mobilität der BCR erhöhte und dadurch die BCR-Nanoklusterbildung durch die Beeinträchtigung der Wechselwirkung zwischen kortikalem F-Aktin und der inneren Blattseite der Plasmamembran verringerte, was zur Hemmung der Stärke sowohl tonischer als auch chronisch aktiver BCR-Signalisierung führte. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass MARCKS ein neu identifiziertes Molekül ist, das die Stärke des BCR-Signals durch die Regulation der Wechselwirkung zwischen Zytoskelett und Plasmamembran reguliert, sowohl unter physiologischen als auch pathologischen Bedingungen, was darauf hindeutet, dass MARCKS ein potentieller Zielstoff für die Arzneimittelforschung ist.