Cholesterylation of Smoothened is a calcium-accelerated autoreaction involving an intramolecular ester intermediate

平滑 形态发生剂 生物 维莫德吉 刺猬 钙信号传导 刺猬信号通路 生物化学 信号转导 环胺 细胞生物学 修补 基底细胞癌 内科学 基因 医学
作者
Ao Hu,Jing-Zan Zhang,Jie Jin Wang,Chenchen Li,Meng Yuan,Gang Deng,Zicun Lin,Zhiping Qiu,Heng Liu,Xianwei Wang,Pengcheng Wei,Xiao He,Xiaolu Zhao,Wen-Wei Qiu,Bao-Liang Song
出处
期刊:Cell Research [Springer Nature]
卷期号:32 (3): 288-301 被引量:9
标识
DOI:10.1038/s41422-022-00622-0
摘要

Hedgehog (Hh) is a morphogen that binds to its receptor Patched 1 and activates Smoothened (SMO), thereby governing embryonic development and postnatal tissue homeostasis. Cholesterol can bind and covalently conjugate to the luminal cysteine-rich domain (CRD) of human SMO at the D95 residue (D99 in mouse). The reaction mechanism and biological function of SMO cholesterylation have not been elucidated. Here, we show that the SMO-CRD undergoes auto-cholesterylation which is boosted by calcium and involves an intramolecular ester intermediate. In cells, Hh stimulation elevates local calcium concentration in the SMO-localized endosomes through store-operated calcium entry. In addition, we identify the signaling-incompetent SMO D95E mutation, and the D95E mutant SMO can bind cholesterol but cannot be modified or activated by cholesterol. The homozygous SmoD99E/D99E knockin mice are embryonic lethal with severe developmental delay, demonstrating that cholesterylation of CRD is required for full-length SMO activation. Our work reveals the unique autocatalytic mechanism of SMO cholesterylation and an unprecedented role of calcium in Hh signaling.

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