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解析 LRRK 密码:LRRK1 和 LRRK2 磷酸化不同的 Rab 蛋白,并受多种机制调节。

Deciphering the LRRK code: LRRK1 and LRRK2 phosphorylate distinct Rab proteins and are regulated by diverse mechanisms.

机构信息

Medical Research Council (MRC) Protein Phosphorylation and Ubiquitylation Unit, School of Life Sciences, University of Dundee, Dow Street, Dundee DD1 5EH, U.K.

Structural Genomics Consortium, Institute for Pharmaceutical Chemistry and Buchmann Institute for Molecular Life Sciences, Johann Wolfgang Goethe-University, Max-von-Laue-Str. 9, D-60438 Frankfurt am Main, Germany.

出版信息

Biochem J. 2021 Feb 12;478(3):553-578. doi: 10.1042/BCJ20200937.

Abstract

Autosomal dominant mutations in LRRK2 that enhance kinase activity cause Parkinson's disease. LRRK2 phosphorylates a subset of Rab GTPases including Rab8A and Rab10 within its effector binding motif. Here, we explore whether LRRK1, a less studied homolog of LRRK2 that regulates growth factor receptor trafficking and osteoclast biology might also phosphorylate Rab proteins. Using mass spectrometry, we found that in LRRK1 knock-out cells, phosphorylation of Rab7A at Ser72 was most impacted. This residue lies at the equivalent site targeted by LRRK2 on Rab8A and Rab10. Accordingly, recombinant LRRK1 efficiently phosphorylated Rab7A at Ser72, but not Rab8A or Rab10. Employing a novel phospho-specific antibody, we found that phorbol ester stimulation of mouse embryonic fibroblasts markedly enhanced phosphorylation of Rab7A at Ser72 via LRRK1. We identify two LRRK1 mutations (K746G and I1412T), equivalent to the LRRK2 R1441G and I2020T Parkinson's mutations, that enhance LRRK1 mediated phosphorylation of Rab7A. We demonstrate that two regulators of LRRK2 namely Rab29 and VPS35[D620N], do not influence LRRK1. Widely used LRRK2 inhibitors do not inhibit LRRK1, but we identify a promiscuous inhibitor termed GZD-824 that inhibits both LRRK1 and LRRK2. The PPM1H Rab phosphatase when overexpressed dephosphorylates Rab7A. Finally, the interaction of Rab7A with its effector RILP is not affected by LRRK1 phosphorylation and we observe that maximal stimulation of the TBK1 or PINK1 pathway does not elevate Rab7A phosphorylation. Altogether, these findings reinforce the idea that the LRRK enzymes have evolved as major regulators of Rab biology with distinct substrate specificity.

摘要

LRRK2 中的常染色体显性突变增强激酶活性会导致帕金森病。LRRK2 在其效应子结合基序内磷酸化 Rab GTPase 的亚类,包括 Rab8A 和 Rab10。在这里,我们探索了 LRRK2 的同源物 LRRK1 是否也可能磷酸化 Rab 蛋白,LRRK1 是一种研究较少的调节生长因子受体运输和破骨细胞生物学的同源物。使用质谱法,我们发现 LRRK1 敲除细胞中,Rab7A 丝氨酸 72 位的磷酸化受影响最大。该残基位于 LRRK2 在 Rab8A 和 Rab10 上的靶向相同位点。因此,重组 LRRK1 有效地将 Rab7A 丝氨酸 72 位磷酸化,但不能磷酸化 Rab8A 或 Rab10。利用一种新的磷酸特异性抗体,我们发现佛波酯刺激小鼠胚胎成纤维细胞通过 LRRK1 显著增强 Rab7A 丝氨酸 72 位的磷酸化。我们鉴定了两种 LRRK1 突变(K746G 和 I1412T),相当于 LRRK2 的 R1441G 和 I2020T 帕金森突变,可增强 LRRK1 介导的 Rab7A 磷酸化。我们证明了 LRRK2 的两种调节剂 Rab29 和 VPS35[D620N],不会影响 LRRK1。广泛使用的 LRRK2 抑制剂不能抑制 LRRK1,但我们鉴定了一种称为 GZD-824 的混杂抑制剂,可抑制 LRRK1 和 LRRK2。过表达的 PPM1H Rab 磷酸酶去磷酸化 Rab7A。最后,Rab7A 与其效应物 RILP 的相互作用不受 LRRK1 磷酸化的影响,我们观察到 TBK1 或 PINK1 途径的最大刺激不会提高 Rab7A 磷酸化。总之,这些发现加强了这样一种观点,即 LRRK 酶已进化为 Rab 生物学的主要调节剂,具有独特的底物特异性。

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