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甲状旁腺激素启动动态 NHERF1 磷酸化循环和构象变化,从而调节 NPT2A 依赖性磷酸盐转运。

Parathyroid hormone initiates dynamic NHERF1 phosphorylation cycling and conformational changes that regulate NPT2A-dependent phosphate transport.

机构信息

From the Laboratory for GPCR Biology, Department of Pharmacology and Chemical Biology.

Vascular Medicine Institute, and.

出版信息

J Biol Chem. 2019 Mar 22;294(12):4546-4571. doi: 10.1074/jbc.RA119.007421. Epub 2019 Jan 29.

Abstract

Na-H exchanger regulatory factor-1 (NHERF1) is a PDZ protein that scaffolds membrane proteins, including sodium-phosphate co-transport protein 2A (NPT2A) at the plasma membrane. NHERF1 is a phosphoprotein with 40 Ser and Thr residues. Here, using tandem MS analysis, we characterized the sites of parathyroid hormone (PTH)-induced NHERF1 phosphorylation and identified 10 high-confidence phosphorylation sites. Ala replacement at Ser, Ser, Ser, Ser, Ser, Ser, Thr, Ser, and Ser did not affect phosphate uptake, but S290A substitution abolished PTH-dependent phosphate transport. Unexpectedly, Ser was rapidly dephosphorylated and rephosphorylated after PTH stimulation, and we found that protein phosphatase 1α (PP1α), which binds NHERF1 through a conserved VxF/W PP1 motif, dephosphorylates Ser Mutating VPF eliminated PP1 binding and blunted dephosphorylation. Tautomycetin blocked PP1 activity and abrogated PTH-sensitive phosphate transport. Using fluorescence lifetime imaging (FLIM), we observed that PTH paradoxically and transiently elevates intracellular phosphate. Added phosphate blocked PP1α-mediated Ser dephosphorylation of recombinant NHERF1. Hydrogen-deuterium exchange MS revealed that β-sheets in NHERF1's PDZ2 domain display lower deuterium uptake than those in the structurally similar PDZ1, implying that PDZ1 is more cloistered. Dephosphorylated NHERF1 exhibited faster exchange at C-terminal residues suggesting that NHERF1 dephosphorylation precedes Ser rephosphorylation. Our results show that PP1α and NHERF1 form a holoenzyme and that a multiprotein kinase cascade involving G protein-coupled receptor kinase 6A controls the Ser phosphorylation status of NHERF1 and regulates PTH-sensitive, NPT2A-mediated phosphate uptake. These findings reveal how reversible phosphorylation modifies protein conformation and function and the biochemical mechanisms underlying PTH control of phosphate transport.

摘要

钠氢交换调节因子 1(NHERF1)是一种 PDZ 蛋白,可在质膜上构建包括钠-磷酸盐共转运蛋白 2A(NPT2A)在内的膜蛋白。NHERF1 是一种磷酸化蛋白,含有 40 个丝氨酸和苏氨酸残基。在这里,我们使用串联质谱分析鉴定了甲状旁腺激素(PTH)诱导的 NHERF1 磷酸化位点,并鉴定了 10 个高可信度磷酸化位点。丝氨酸、丝氨酸、丝氨酸、丝氨酸、丝氨酸、丝氨酸、苏氨酸、丝氨酸和丝氨酸的丙氨酸取代不影响磷酸盐摄取,但 S290A 取代则消除了 PTH 依赖性磷酸盐转运。出乎意料的是,PTH 刺激后 Ser 迅速去磷酸化和再磷酸化,我们发现通过保守的 VxF/W PP1 基序与 NHERF1 结合的蛋白磷酸酶 1α(PP1α)可使 Ser 去磷酸化。突变 VPF 消除了 PP1 结合并减弱了去磷酸化作用。他莫昔芬阻断 PP1 活性并消除 PTH 敏感的磷酸盐转运。使用荧光寿命成像(FLIM),我们观察到 PTH 反常且短暂地升高细胞内磷酸盐。添加磷酸盐可阻断 PP1α 介导的重组 NHERF1 的 Ser 去磷酸化。氢氘交换 MS 显示,NHERF1 PDZ2 结构域中的β-折叠比结构相似的 PDZ1 中的β-折叠具有更低的氘摄取率,这表明 PDZ1 更隐蔽。去磷酸化的 NHERF1 在 C 末端残基处表现出更快的交换,表明 NHERF1 的去磷酸化先于 Ser 的再磷酸化。我们的结果表明,PP1α 和 NHERF1 形成一个全酶,涉及 G 蛋白偶联受体激酶 6A 的多蛋白激酶级联反应控制 NHERF1 的 Ser 磷酸化状态,并调节 PTH 敏感的 NPT2A 介导的磷酸盐摄取。这些发现揭示了可逆磷酸化如何修饰蛋白质构象和功能,以及 PTH 控制磷酸盐转运的生化机制。

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2
The split protein phosphatase system.分裂蛋白磷酸酶系统。
Biochem J. 2018 Dec 6;475(23):3707-3723. doi: 10.1042/BCJ20170726.

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