Base estrutural para a sinalização do hormônio FGF

Natureza (2023) Citar este artigo

6 Altmétrica

Detalhes das métricas

Os co-receptores α/βKlotho envolvem simultaneamente os hormônios do fator de crescimento de fibroblastos (FGF) (FGF19, FGF21 e FGF23)1,2 e seus receptores FGF de superfície celular cognatos (FGFR1-4), estabilizando assim o complexo FGF-FGFR endócrino3,4,5,6 . No entanto, esses hormônios ainda requerem proteoglicano de sulfato de heparano (HS) como co-receptor adicional para induzir a dimerização/ativação do FGFR e, portanto, induzir suas atividades metabólicas essenciais6. Para revelar o mecanismo molecular subjacente ao papel do co-receptor de HS, resolvemos estruturas de microscopia crioeletrônica de três complexos quaternários 1:2:1:1 FGF23–FGFR–αKlotho–HS distintos apresentando as isoformas de emenda 'c' de FGFR1 (FGFR1c) , FGFR3 (FGFR3c) ou FGFR4 como o componente receptor. Essas estruturas, apoiadas por experimentos de complementação e heterodimerização de receptores baseados em células, revelam que uma única cadeia de HS permite que o FGF23 e seu FGFR primário dentro de um complexo ternário 1:1:1 FGF23–FGFR–αKlotho recrutem em conjunto uma molécula secundária solitária de FGFR, levando a dimerização e ativação de receptores assimétricos. No entanto, αKlotho não participa diretamente no recrutamento do receptor/dimerização secundário. Também mostramos que o modo assimétrico de dimerização do receptor é aplicável a FGFs parácrinos que sinalizam apenas de maneira dependente de HS. Nossos dados estruturais e bioquímicos derrubam o atual paradigma de dimerização de FGFR simétrico e fornecem planos para a descoberta racional de moduladores da sinalização de FGF2 como terapêutica para doenças metabólicas humanas e câncer.

A família do fator de crescimento de fibroblastos (FGF) de mamíferos compreende 18 polipeptídeos contendo domínios de homologia β-trefoil dispostos em cinco subfamílias parácrinas e uma subfamília endócrina7. As subfamílias parácrinas governam múltiplos eventos durante o desenvolvimento embrionário8, enquanto os membros da subfamília endócrina (FGF19, FGF21 e FGF23) são hormônios que regulam a homeostase de ácidos biliares, lipídios, glicose, vitamina D e íons minerais1,4,9,10. Os hormônios FGF são alvos promissores para o tratamento de um espectro de doenças metabólicas, incluindo diabetes tipo II, obesidade, esteato-hepatite não alcoólica, cirrose biliar primária, diarreia ácida biliar, distúrbios renais de perda de fosfato e doença renal crônica2,11,12,13, 14,15,16,17,18,19. Os FGFs medeiam suas ações ligando-se, dimerizando e, assim, ativando tirosina quinase do receptor de FGF transmembrana de passagem única (FGFR1–4)20,21. A região extracelular de um protótipo de FGFR contém três domínios semelhantes a imunoglobulinas (Ig) (D1, D2 e ​​D3). D2, D3 e o ligante curto D2–D3 são necessários e suficientes para a ligação do ligante e a dimerização do receptor. Em FGFR1–FGFR3, o splicing alternativo de dois exons mutuamente exclusivos (denominados 'b' e 'c') altera a composição dos principais sítios de ligação do ligante dentro dos domínios D3 desses três FGFRs, expandindo efetivamente o número de principais isoformas de FGFR para sete (ou seja, FGFR1b–3b, FGFR1c–3c e FGFR4)22,23,24.

FGFs parácrinos dependem de glicosaminoglicanos de sulfato de heparano (HS) como um co-receptor obrigatório para ligar e dimerizar de forma estável seus FGFRs cognatos. HS são cadeias lineares de glicanos de proteoglicanos HS (HSPGs) que são abundantemente expressos na matriz extracelular de todos os tecidos25. De acordo com a estrutura cristalina do dímero 2:2:2 FGF2–FGFR1c–HS, o HS envolve simultaneamente os locais de ligação de HS de FGF e FGFR parácrinos, reforçando assim a proximidade FGF-FGFR. Ao fazê-lo, HS (1) aumenta a afinidade de ligação 1:1 FG-FGFR; e (2) fortalece as interações entre dois complexos 1:1 para dar origem a dímeros 2:2 duplamente simétricos26. A dimerização extracelular do FGFR promove a formação de um complexo assimétrico termodinamicamente fraco dos domínios intracelulares da quinase27 que medeiam a transfosforilação da tirosina (A)-loop e, portanto, a ativação da quinase e a sinalização intracelular.

Os sítios de ligação do HS dos hormônios FGF divergem tanto na composição quanto na conformação daqueles dos FGFs parácrinos, enfraquecendo drasticamente sua afinidade pelo HS28. Consequentemente, os hormônios FGF evitam o aprisionamento pelos HSPGs na matriz extracelular e podem entrar na circulação. Além disso, os hormônios FGF têm fraca afinidade pelos FGFRs28,29 devido a substituições de seus principais resíduos de ligação ao receptor. Embora essas idiossincrasias estruturais e bioquímicas confiram o modo de ação hormonal, elas tornam o HS insuficiente para o FGF endócrino se ligar ao FGFR e induzir a dimerização do receptor. De fato, para compensar essas deficiências, os hormônios FGF desenvolveram uma dependência absoluta de αKlotho ou βKlotho como um co-receptor adicional para sinalização. α- e βKlotho são proteínas transmembrana de passagem única com um grande domínio extracelular compreendendo dois domínios semelhantes a glicosidase em tandem (KL1 e KL2) e um domínio intracelular curto3,5. O co-receptor αKlotho (ou βKlotho) liga simultaneamente o hormônio FGF e seu cognato FGFR, reforçando assim a ligação do FGF endócrino ao FGFR. Os co-receptores Klotho têm hormônio FGF único e especificidades de ligação de FGFR que, em última análise, determinam a especificidade de ligação de FGFR e a seletividade de tecido/órgão alvo de FGFs endócrinos. αKlotho liga-se exclusivamente a FGF23 (ref. 30) enquanto βKlotho liga-se a FGF19 e ​​FGF21 (refs. 31,32,33,34). Com relação à interação FGFR, αKlotho e βKlotho mostram especificidade compartilhada para FGFR1c e FGFR4, mas nenhum deles reconhece as isoformas de splicing 'b' de FGFR1–3. No entanto, eles exibem especificidade oposta para FGFR2c e FGFR3c com αKlotho ligando FGFR3c, mas não FGFR2c, enquanto βKlotho liga FGFR2c, mas não FGFR3c (ref. 35).