Dispatched uses Na+ flux to power release of lipid-modified Hedgehog

跨膜结构域 跨膜蛋白 刺猬 化学 刺猬信号通路 焊剂(冶金) 生物物理学 修补 生物 生物化学 氨基酸 信号转导 受体 有机化学
作者
Qianqian Wang,Daniel Asarnow,Ke Ding,Randall K. Mann,Jason Hatakeyama,Yunxiao Zhang,Yong Ma,Yifan Cheng,Philip A. Beachy
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:599 (7884): 320-324 被引量:35
标识
DOI:10.1038/s41586-021-03996-0
摘要

The Dispatched protein, which is related to the NPC1 and PTCH1 cholesterol transporters1,2 and to H+-driven transporters of the RND family3,4, enables tissue-patterning activity of the lipid-modified Hedgehog protein by releasing it from tightly -localized sites of embryonic expression5-10. Here we determine a cryo-electron microscopy structure of the mouse protein Dispatched homologue 1 (DISP1), revealing three Na+ ions coordinated within a channel that traverses its transmembrane domain. We find that the rate of Hedgehog export is dependent on the Na+ gradient across the plasma membrane. The transmembrane channel and Na+ binding are disrupted in DISP1-NNN, a variant with asparagine substitutions for three intramembrane aspartate residues that each coordinate and neutralize the charge of one of the three Na+ ions. DISP1-NNN and variants that disrupt single Na+ sites retain binding to, but are impaired in export of the lipid-modified Hedgehog protein to the SCUBE2 acceptor. Interaction of the amino-terminal signalling domain of the Sonic hedgehog protein (ShhN) with DISP1 occurs via an extensive buried surface area and contacts with an extended furin-cleaved DISP1 arm. Variability analysis reveals that ShhN binding is restricted to one extreme of a continuous series of DISP1 conformations. The bound and unbound DISP1 conformations display distinct Na+-site occupancies, which suggests a mechanism by which transmembrane Na+ flux may power extraction of the lipid-linked Hedgehog signal from the membrane. Na+-coordinating residues in DISP1 are conserved in PTCH1 and other metazoan RND family members, suggesting that Na+ flux powers their conformationally driven activities.
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