Artificial Regulation of Receptor Clustering and Function on Cell Surface †

doi:10.7503/cjcu20190673

Abstract

Abstract:

In this review, various strategies for artificial regulation of receptor clustering on cell surface are introduced, which are realized either by physical-stimulations or biological macromolecules. The former one is induced by stimuli-responsive nanomaterials under physical stimulation, such as light, magnetic field, and heat. And the later one is achieved by utilizing the self-assembly of biomolecules including protein, peptide or nucleic acids, thus inducing artificial regulation of their targeting receptor. We aim to systematically introduce advances in this area and provide insights into the existing challenges and future perspectives.

Key words: Receptor clustering, Artificial regulation, Function, Cell surface

CLC Number:

O656.9

TrendMD:

LI Jingying, CHEN Chen, LI Juan, YANG Huanghao. Artificial Regulation of Receptor Clustering and Function on Cell Surface ^†[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(5): 892.

Figures/Tables 4

References 72

[1]	Bradshaw R. A., Dennis E. A., Handbook of Cell Signaling, Academic Press, Salt Lake City, 2009, 1—384
[2]	Allen S. J., Crown S. E., Handel T. M., Annu. Rev. Immunol., 2007,25(1), 787—820
[3]	Campbell I. D., Humphries M. J., Cold Spring Harb. Perspect. Biol., 2011,3(3), a004994 doi: 10.1101/cshperspect.a004994 URL pmid: 21421922
[4]	Noriega-Guerra H., Freitas V. M., Int. J. Mol. Sci., 2018,19(11), 3300
[5]	Garcia-Parajo M. F., Cambi A., Torreno-Pina J. A., Thompson N., Jacobson K., J. Cell Sci., 2014,127(23), 4995—5005 doi: 10.1242/jcs.146340 URL pmid: 25453114
[6]	Heldin C. H., Cell, 1995,80(2), 213—223 doi: 10.1016/0092-8674(95)90404-2 URL pmid: 7834741
[7]	Zhang K., Gao H., Deng R., Li J., Angew. Chem. Int. Ed., 2019,58(15), 4790—4799 doi: 10.1002/anie.201809006 URL pmid: 30328227
[8]	Taylor M. J., Husain K., Gartner Z. J., Mayor S., Vale R. D., Cell, 2017,169(1), 108—119 doi: 10.1016/j.cell.2017.03.006 URL pmid: 28340336
[9]	Kanchanawong P., Shtengel G., Pasapera A. M., Ramko E. B., Davidson M. W., Hess H. F., Waterman C. M., Nature, 2010,468(7323), 580—584 doi: 10.1038/nature09621 URL pmid: 21107430
[10]	Iwamoto D. V., Calderwood D. A., Curr. Opin. Cell Biol., 2015,36, 41—47 doi: 10.1016/j.ceb.2015.06.009 URL pmid: 26189062
[11]	Jorissen R. N., Walker F., Pouliot N., Garrett T. P. J., Ward C. W., Burgess A. W., Exp. Cell Res., 2003,284(1), 31—53 doi: 10.1016/s0014-4827(02)00098-8 URL pmid: 12648464
[12]	Hartwell B. L., Martinez-Becerra F. J., Chen J., Shinogle H., Sarnowski M., Moore D. S., Berkland C., Biomacromolecules, 2016,17(3), 710—722 doi: 10.1021/acs.biomac.5b01097 URL pmid: 26771518
[13]	Singh S. S., Jois S. D., Adv. Protein Chem. Struct. Biol., 2018,111, 1—59 doi: 10.1016/bs.apcsb.2017.08.003 URL pmid: 29459028
[14]	Di Liberto V., Mudo G., Belluardo N ., Neuropharmacology, 2019,152, 67—77 doi: 10.1016/j.neuropharm.2018.11.018 URL pmid: 30445101
[15]	Fribourg M., Moreno J. L., Holloway T., Provasi D., Baki L., Mahajan R., Park G., Adney S. K., Hatcher C., Eltit J. M., Ruta J. D., Albizu L., Li Z., Umali A., Shim J., Fabiato A., MacKerell A. D. Jr., Brezina V., Sealfon S. C., Filizola M., Gonzalez-Maeso J., Logothetis D. E., Cell, 2011,147(5), 1011—1023 doi: 10.1016/j.cell.2011.09.055 URL pmid: 22118459
[16]	Voss S., Klewer L., Wu Y. W., Curr. Opin. Chem. Biol., 2015,28, 194—201 doi: 10.1016/j.cbpa.2015.09.003 URL pmid: 26431673
[17]	Goglia A. G., Toettcher J. E., Curr. Opin. Chem. Biol., 2019,48, 106—113 doi: 10.1016/j.cbpa.2018.11.010 URL pmid: 30529586
[18]	Liu Q., Tucker C. L., Curr. Opin. Chem. Biol., 2017,40, 17—23 doi: 10.1016/j.cbpa.2017.05.001 URL pmid: 28527343
[19]	Beyer H. M., Naumann S., Weber W., Radziwill G., Biotechnol. J., 2015,10(2), 273—283 doi: 10.1002/biot.201400077 URL pmid: 25216399
[20]	Kim K. S., Seeley R. J., Sandoval D. A., Nat. Rev. Neurosci., 2018,19(4), 185—196 doi: 10.1038/nrn.2018.8 URL pmid: 29467468
[21]	Becnel J., Johnson O., Majeed Z. R., Tran V., Yu B., Roth B. L., Cooper R. L., Kerut E. K., Nichols C. D., Cell Rep., 2013,4(5), 1049—1059 doi: 10.1016/j.celrep.2013.08.003 URL pmid: 24012754
[22]	Li W., Yan Z., Ren J., Qu X., Chem. Soc. Rev, 2018,47(23), 8639—8684 doi: 10.1039/c8cs00053k URL pmid: 30283962
[23]	Mogaki R., Okuro K., Ueki R., Sando S., Aida T ., J. Am. Chem. Soc., 2019,141(20), 8035—8040 doi: 10.1021/jacs.9b02427 URL pmid: 30977371
[24]	Mogaki R., Okuro K., Aida T ., J. Am. Chem. Soc., 2017,139(29), 10072—10078 doi: 10.1021/jacs.7b05151 URL pmid: 28675032
[25]	Okuro K., Sasaki M., Aida T ., J. Am. Chem. Soc., 2016,138(17), 5527—5530 doi: 10.1021/jacs.6b02664 URL pmid: 27087468
[26]	Yan Z., Qin H., Ren J., Qu X., Angew. Chem. Int. Ed., 2018,57(35), 11182—11187 doi: 10.1002/anie.201803939 URL pmid: 30035841
[27]	Liu Z., Liu Y., Chang Y., Seyf H. R., Henry A., Mattheyses A. L., Yehl K., Zhang Y., Huang Z., Salaita K., Nat. Methods, 2016,13(2), 143—146 doi: 10.1038/nmeth.3689 URL pmid: 26657558
[28]	Sniadecki N. J., Endocrinology, 2010,151(2), 451—457 doi: 10.1210/en.2009-0932 URL pmid: 20016028
[29]	Mannix R. J., Kumar S., Cassiola F., Montoya-Zavala M., Feinstein E., Prentiss M., Ingber D. E., Nat. Nanotechnol., 2008,3(1), 36—40 doi: 10.1038/nnano.2007.418 URL pmid: 18654448
[30]	Seo D., Southard K. M., Kim J., Lee H. J., Farlow J., Lee J., Litt D. B., Haas T., Alivisatos A. P., Cheon J., Gartner Z. J., Jun Y., Cell, 2016,165(6), 1507—1518 doi: 10.1016/j.cell.2016.04.045 URL pmid: 27180907
[31]	Perica K., Tu A., Richter A., Bieler J. G., Edidin M., Schneck J. P., ACS Nano, 2014,8(3), 2252—2260 doi: 10.1021/nn405520d URL pmid: 24564881
[32]	Cho M. H., Lee E. J., Son M., Lee J. H., Yoo D., Kim J. W., Park S. W., Shin J. S., Cheon J., Nat. Mater., 2012,11(12), 1038—1043 doi: 10.1038/nmat3430 URL pmid: 23042417
[33]	Karimi M., Ghasemi A., Sahandi Zangabad P., Rahighi R., Moosavi Basri S. M., Mirshekari H., Amiri M., Shafaei Pishabad Z., Aslani A., Bozorgomid M., Ghosh D., Beyzavi A., Vaseghi A., Aref A. R., Haghani L., Bahrami S., Hamblin M. R., Chem. Soc. Rev., 2016,45(5), 1457—1501 doi: 10.1039/c5cs00798d URL pmid: 26776487
[34]	Qiao S., Wang H., Nano Res., 2018,11(10), 5400—5423
[35]	Qiao S. L., Wang Y., Lin Y. X., An H. W., Ma Y., Li L. L., Wang L., Wang H., ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016,8(27), 17016—17022 doi: 10.1021/acsami.6b04580 URL pmid: 27348260
[36]	Wu S., Bellve K. D., Fogarty K. E., Melikian H. E., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2015,112(50), 15480—15485 doi: 10.1073/pnas.1512957112 URL pmid: 26621748
[37]	Fan J., Wang H. H., Xie S., Wang M., Nie Z., ChemBioChem, 2020,21(3), 282—293 doi: 10.1002/cbic.201900315 URL pmid: 31364788
[38]	Li J., Mo L., Lu C. H., Fu T., Yang H. H., Tan W., Chem. Soc. Rev., 2016,45(5), 1410—1431 doi: 10.1039/c5cs00586h URL pmid: 26758955
[39]	Wang L., Li W., Sun J., Zhang S. Y., Yang S., Li J., Li J., Yang H. H., Anal. Chem., 2018,90(24), 14433—14438 doi: 10.1021/acs.analchem.8b04015 URL pmid: 30444610
[40]	Li J., Liu S., Sun L., Li W., Zhang S. Y., Yang S., Li J., Yang H. H., J. Am. Chem. Soc., 2018,140(48), 16589—16595 doi: 10.1021/jacs.8b08442 URL pmid: 30407002
[41]	Liang H., Chen S., Li P., Wang L., Li J., Li J., Yang H. H., Tan W., J. Am. Chem. Soc., 2018,140(12), 4186—4190 doi: 10.1021/jacs.7b11311 URL pmid: 29522674
[42]	Wu S., Li J., Liang H., Wang L., Chen X., Jin G., Xu X., Yang H. H., Sci. China Chem., 2016,60(5), 628—634 doi: 10.1007/s11426-016-0351-5 URL
[43]	Zhou J., Rossi J., Nat. Rev. Drug Discov., 2017,16(3), 181—202 doi: 10.1038/nrd.2016.199 URL pmid: 27807347
[44]	McNamara J. O., Kolonias D., Pastor F., Mittler R. S., Chen L., Giangrande P. H., Sullenger B., Gilboa E., J. Clin. Invest., 2008,118(1), 376—386 doi: 10.1172/JCI33365 URL pmid: 18060045
[45]	Parekh P., Kamble S., Zhao N., Zeng Z., Portier B. P., Zu Y., Biomaterials, 2013,34(35), 8909—8917 doi: 10.1016/j.biomaterials.2013.07.099 URL pmid: 23968853
[46]	Dollins C. M., Nair S., Boczkowski D., Lee J., Layzer J. M., Gilboa E., Sullenger B. A., Chem. Biol., 2008,15(7), 675—682 doi: 10.1016/j.chembiol.2008.05.016 URL pmid: 18635004
[47]	Pratico E. D., Sullenger B. A., Nair S. K., Nucleic Acid Ther., 2013,23(1), 35—43 doi: 10.1089/nat.2012.0388 URL pmid: 23113766
[48]	Ramaswamy V., Monsalve A., Sautina L., Segal M. S., Dobson J., Allen J. B., Nucleic Acid Ther., 2015,25(5), 227—234 doi: 10.1089/nat.2014.0519 URL pmid: 26125598
[49]	Ueki R., Ueki A., Kanda N., Sando S., Angew. Chem. Int. Ed., 2016,55(2), 579—582 doi: 10.1002/anie.201508572 URL pmid: 26592704
[50]	Ueki R., Atsuta S., Ueki A., Hoshiyama J., Li J., Hayashi Y., Sando S., Chem. Commun, 2019,55(18), 2672—2675 doi: 10.1039/c8cc08080a URL pmid: 30746545
[51]	Ueki R., Atsuta S., Ueki A., Sando S ., J. Am. Chem. Soc., 2017,139(19), 6554—6557 doi: 10.1021/jacs.7b02411 URL pmid: 28459560
[52]	Li H., Wang M., Shi T., Yang S., Zhang J., Wang H. H., Nie Z., Angew. Chem. Int. Ed., 2018,57(32), 10226—10230 doi: 10.1002/anie.201806155 URL pmid: 29944203
[53]	Chen S., Xu Z., Yang W., Lin X., Li J., Li J., Yang H., Angew. Chem. Int. Ed., 2019,58(50), 18186—18190 doi: 10.1002/anie.201908971 URL pmid: 31595614
[54]	Chen S., Li J., Liang H., Lin X. H., Li J., Yang H. H., Chem. Eur. J., 2018,24(60), 15988—15992 doi: 10.1002/chem.201803868 URL pmid: 30155946
[55]	Wang M., He F., Li H., Yang S. H., Zhang J. H., Ghosh P., Wang H. H., Nie Z., Nano Lett., 2019,19(4), 2603—2613 doi: 10.1021/acs.nanolett.9b00421 URL pmid: 30907088
[56]	Wang L., Liang H., Sun J., Liu Y., Li J., Li J., Li J., Yang H ., J. Am. Chem. Soc., 2019,141(32), 12673—12681 doi: 10.1021/jacs.9b05123 URL pmid: 31381313
[57]	Shaw A., Lundin V., Petrova E., Fordos F., Benson E., Al-Amin A., Herland A., Blokzijl A., Hogberg B., Teixeira A. I., Nat. Methods, 2014,11(8), 841—846 doi: 10.1038/nmeth.3025 URL pmid: 24997862
[58]	Zhang K., Deng R., Sun Y., Zhang L., Li J., Chem. Sci, 2017,8(10), 7098—7105 doi: 10.1039/c7sc02489d URL pmid: 29147539
[59]	Ralff M. D., El-Deiry W. S., Expert Rev. Precis. Med. Drug Dev., 2018,3(3), 197—204 doi: 10.1080/23808993.2018.1476062 URL pmid: 30740527
[60]	Graves J. D., Kordich J. J., Huang T. H., Piasecki J., Bush T. L., Sullivan T., Foltz I. N., Chang W., Douangpanya H., Dang T., O’Neill J. W., Mallari R., Zhao X., Branstetter D. G., Rossi J. M., Long A. M., Huang X., Holland P. M., Cancer Cell, 2014,26(2), 177—189 doi: 10.1016/j.ccr.2014.04.028 URL pmid: 25043603
[61]	Gilbreth R. N., Novarra S., Wetzel L., Florinas S., Cabral H., Kataoka K., Rios-Doria J., Christie R. J., Baca M., J. Controlled Release, 2016,234, 104—114 doi: 10.1016/j.jconrel.2016.05.041 URL pmid: 27212104
[62]	Wu H ., Cell, 2013,153(2), 287—292 doi: 10.1016/j.cell.2013.03.013 URL pmid: 23582320
[63]	De Miguel D., Lemke J., Anel A., Walczak H., Martinez-Lostao L., Cell Death Differ., 2016,23(5), 733—747 doi: 10.1038/cdd.2015.174 URL pmid: 26943322
[64]	De Miguel D., Gallego-Lleyda A., Anel A., Martinez-Lostao L., Leukemia Res., 2015,39(6), 657—666 doi: 10.1016/j.leukres.2015.03.019 URL pmid: 25882551
[65]	Valldorf B., Fittler H., Deweid L., Ebenig A., Dickgiesser S., Sellmann C., Becker J., Zielonka S., Empting M., Avrutina O., Kolmar H., Angew. Chem. Int. Ed., 2016,55(16), 5085—5089 doi: 10.1002/anie.201511894 URL pmid: 26991930
[66]	Angell Y. M., Bhandari A., Francisco M. N. D., Frederick B. T., Green J. M., Leu K., Leuther K., Sana R., Schatz P. J., Whitehorn E. A., Wright K., Holmes C. P., Discovery and Optimization of a TRAIL R2 Agonist for Cancer Therapy. In Peptides for Youth, Springer, New York, 2009, 101—103 doi: 10.1007/978-0-387-73657-0_45 URL pmid: 19400112
[67]	Schneider H., Yanakieva D., Macarron A., Deweid L., Becker B., Englert S., Avrutina O., Kolmar H ., ChemBioChem, 2019,20(24), 3006—3012 doi: 10.1002/cbic.201900251 URL pmid: 31206933
[68]	Ng S., Galipeau J., Stem Cells Transl. Med., 2015,4(1), 66—73 doi: 10.5966/sctm.2014-0145 URL pmid: 25391644
[69]	Passioura T., Suga H., Chem. Commun, 2017,53(12), 1931—1940 doi: 10.1039/c6cc06951g URL pmid: 28091672
[70]	Ito K., Sakai K., Suzuki Y., Ozawa N., Hatta T., Natsume T., Matsumoto K., Suga H., Nat. Commun, 2015,6, 6373 doi: 10.1038/ncomms7373 URL pmid: 25758345
[71]	Miao W., Sakai K., Imamura R., Ito K., Suga H., Sakuma T., Yamamoto T., Matsumoto K., Int. J. Mol. Sci., 2018,19(10), 3141
[72]	Hipolito C. J., Bashiruddin N. K., Suga H., Curr. Opin. Struct. Biol., 2014,26, 24—31 doi: 10.1016/j.sbi.2014.03.001 URL pmid: 24681557