DLK1 Bloque le Récepteur du Vieillissement Musculaire ACVR2B, et Non Notch Comme on le Croyait Depuis Longtemps

DLK1 (Delta-like non-canonical Notch ligand 1) a longtemps été supposé réguler le développement — notamment la myogenèse, l'adipogenèse et la neurogenèse — principalement en inhibant la signalisation Notch. Cependant, les bases moléculaires de cette hypothèse reposaient en grande partie sur des données indirectes et des données de double hybride en levure générées dans des conditions non physiologiques. Cette étude remet en cause ce paradigme aux niveaux structural et fonctionnel.

À l'aide de la résonance plasmonique de surface (SPR), de la cytométrie en flux et de tests avec rapporteurs fluorescents, les auteurs ont démontré de manière définitive que DLK1 ne se lie pas à NOTCH1, NOTCH2 ni NOTCH3, et que DLK1 immobilisé ou soluble n'active ni n'inhibe la signalisation Notch médiée par des ligands. L'analyse de séquence a confirmé que DLK1 est dépourvu des domaines C2 et DSL requis pour les interactions canoniques avec les ligands Notch, et que les résidus hydrophobes clés de liaison à Notch présents dans JAG1 sont remplacés par des acides aminés de plus petite taille dans DLK1.

En explorant la base de données d'interactions protéine-protéine Bioplex 3.0, les chercheurs ont identifié ACVR2B — un récepteur de type II de la superfamille TGF-β — comme le seul récepteur de surface cellulaire connu parmi les partenaires de liaison candidats de DLK1. La SPR a confirmé une interaction directe avec une constante de dissociation (KD) d'environ 1,4 µM. Un criblage par présentation à la surface de levures contre 12 récepteurs de la superfamille TGF-β a montré que DLK1 se lie exclusivement à ACVR2B, démontrant une sélectivité remarquable comparée à des ligands TGF-β promiscueux tels que l'Activine ou BMP-2.

La structure cristallographique du fragment EGF4-6 de DLK1 en complexe avec le domaine extracellulaire d'ACVR2B a révélé que DLK1 engage le site de liaison canonique aux ligands d'ACVR2B. EGF5 de DLK1 insère une « boucle en doigt » hydrophobe dans une cavité hydrophobe conservée d'ACVR2B — le même site utilisé par la myostatine et l'Activine. Dans des tests fonctionnels, DLK1 a antagonisé la signalisation myostatine-ACVR2B (en bloquant la phosphorylation de SMAD2/3) et a favorisé la différenciation des myoblastes dans les cellules C2C12, reproduisant les effets établis de l'inhibition d'ACVR2B dans le muscle.

Enfin, les auteurs ont montré que l'influence indirecte de DLK1 sur les effets Notch est médiée par la perturbation de la co-localisation de SMAD2/3 et du domaine intracellulaire de Notch (NICD) — un mécanisme de dialogue intercellulaire connu — plutôt que par une liaison directe au récepteur Notch. Ceci réconcilie des rapports contradictoires associant DLK1 à des phénotypes Notch sans nécessiter d'interaction physique directe. Sur le plan thérapeutique, ces résultats positionnent DLK1 comme un frein endogène naturel de la signalisation myostatine/Activine, avec des implications pour l'atrophie musculaire, la sarcopénie et la cachexie cancéreuse.