リン酸化酵素PTPROtのTyrでのリン酸化は、破骨細胞の活性と生体内の骨量を制御する分子スイッチである

Phosphorylation of the phosphatase PTPROt at Tyr is a molecular switch that controls osteoclast activity and bone mass in vivo.

• Lee Roth
• Jean Wakim
• Elad Wasserman
• Moran Shalev
• Esther Arman
• Merle Stein
• Vlad Brumfeld
• Cari A Sagum
• Mark T Bedford
• Jan Tuckermann
• Ari Elson

抄録

破骨細胞による骨吸収は骨の恒常性維持に不可欠である。破骨細胞の活性を促進するキナーゼSrcは、破骨細胞の活性化を促進し、破骨細胞では受容体型チロシンホスファターゼPTPROtによって活性化されますが、他の文脈ではSrcの活性を阻害します。しかし、他の文脈では、PTPROtはSrc活性を阻害することがある。我々は、PTPROtが二機能性であり、Srcの阻害残基Tyrと活性化残基Tyrの両方でSrcを脱リン酸化することをin vivoおよびin vitro実験で明らかにした。野生型とPTPROtノックアウトマウスでは、同じような骨量を示したが、内因性PTPROtのC末端リン酸化部位であるTyrをフェニルアラニンで置換したマウスでは、骨量が増加し、破骨細胞の活性が低下した。また、ノックインマウスの破骨細胞は、Src活性の低下を示した。培養細胞とマウス破骨細胞を用いた実験では、Tyr でのリン酸化がない場合、PTPROt は活性化部位 pTyr で Src を脱リン酸化させることが示されたが、Tyr でのリン酸化がある場合、PTPROt は Grb2 を介して Src をリクルートし、抑制部位 Tyr で Src を脱リン酸化させ、Src 活性を刺激した。我々は、PTPROtのTyrでの可逆的なリン酸化は、PTPROtのSrcに対する相反する活性を選択し、コヒーレントなシグナル出力を維持する分子スイッチであり、このリン酸化イベントを遮断することで、生体内での生理的効果を誘導することができると結論付けた。多くの受容体型チロシンホスファターゼは、そのC末端に潜在的なリン酸化部位を有していることから、これらの部位でのリン酸化やその結果を防止することが、治療効果を得るための触媒活性阻害の代替手段となる可能性があることを示唆している。

Bone resorption by osteoclasts is essential for bone homeostasis. The kinase Src promotes osteoclast activity and is activated in osteoclasts by the receptor-type tyrosine phosphatase PTPROt. In other contexts, however, PTPROt can inhibit Src activity. Through in vivo and in vitro experiments, we show that PTPROt is bifunctional and can dephosphorylate Src both at its inhibitory residue Tyr and its activating residue Tyr Whereas wild-type and PTPROt knockout mice exhibited similar bone masses, mice in which a putative C-terminal phosphorylation site, Tyr, in endogenous PTPROt was replaced with phenylalanine had increased bone mass and reduced osteoclast activity. Osteoclasts from the knock-in mice also showed reduced Src activity. Experiments in cultured cells and in osteoclasts derived from both mouse strains demonstrated that the absence of phosphorylation at Tyr caused PTPROt to dephosphorylate Src at the activating site pTyr In contrast, phosphorylation of PTPROt at Tyr enabled PTPROt to recruit Src through Grb2 and to dephosphorylate Src at the inhibitory site Tyr, thus stimulating Src activity. We conclude that reversible phosphorylation of PTPROt at Tyr is a molecular switch that selects between its opposing activities toward Src and maintains a coherent signaling output, and that blocking this phosphorylation event can induce physiological effects in vivo. Because most receptor-type tyrosine phosphatases contain potential phosphorylation sites at their C termini, we propose that preventing phosphorylation at these sites or its consequences may offer an alternative to inhibiting their catalytic activity to achieve therapeutic benefit.

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