The three members of the endocrine-fibroblast growth factor (FGF) family, FGF19, 21, and 23 are circulating hormones that regulate critical metabolic processes. FGF23 stimulates the assembly of a signaling complex composed of α-Klotho (KLA) and FGF receptor (FGFR) resulting in kinase activation, regulation of phosphate homeostasis, and vitamin D levels. Here we report that the C-terminal tail of FGF23, a region responsible for KLA binding, contains two tandem repeats, repeat 1 (R1) and repeat 2 (R2) that function as two distinct ligands for KLA. FGF23 variants with a single KLA binding site, FGF23-R1, FGF23-R2, or FGF23-wild type (WT) with both R1 and R2, bind to KLA with similar binding affinity and stimulate FGFR1 activation and MAPK response. R2 is flanked by two cysteines that form a disulfide bridge in FGF23-WT; disulfide bridge formation in FGF23-WT is dispensable for KLA binding and for cell signaling via FGFRs. We show that FGF23-WT stimulates dimerization and activation of a chimeric receptor molecule composed of the extracellular domain of KLA fused to the cytoplasmic domain of FGFR and employ total internal reflection fluorescence microscopy to visualize individual KLA molecules on the cell surface. These experiments demonstrate that FGF23-WT can act as a bivalent ligand of KLA in the cell membrane. Finally, an engineered Fc-R2 protein acts as an FGF23 antagonist offering new pharmacological intervention for treating diseases caused by excessive FGF23 abundance or activity.

内分泌成纤维细胞生长因子（FGF）家族的三个成员FGF19、21和23是调节关键代谢过程的循环激素。FGF23刺激由α-Klotho（KLA）和FGF受体（FGFR）组成的信号传导复合物的组装，从而导致激酶激活，磷酸稳态和维生素D水平的调节。在这里我们报告FGF23，负责KLA结合的区域的C末端尾部包含两个串联重复序列，重复序列1（R1）和重复序列2（R2），它们充当KLA的两个不同配体。具有单个KLA结合位点，FGF23-R1，FGF23-R2或同时具有R1和R2的FGF23野生型（WT）的FGF23变体以相似的结合亲和力与KLA结合并刺激FGFR1激活和MAPK反应。R2的侧翼是两个半胱氨酸，它们在FGF23-WT中形成二硫键；FGF23-WT中的二硫键桥形成对于KLA结合和通过FGFR的细胞信号传导是必不可少的。我们显示，FGF23-WT刺激由KLA胞外域融合到FGFR胞质域的嵌合受体分子的二聚化和激活，并采用全内反射荧光显微镜观察细胞表面上的单个KLA分子。这些实验证明FGF23-WT可以在细胞膜中充当KLA的二价配体。最后，工程改造的Fc-R2蛋白可作为FGF23拮抗剂，为治疗由过量FGF23丰度或活性引起的疾病提供新的药理学干预。我们显示，FGF23-WT刺激由KLA胞外域融合到FGFR胞质域的嵌合受体分子的二聚化和激活，并采用全内反射荧光显微镜观察细胞表面上的单个KLA分子。这些实验证明FGF23-WT可以在细胞膜中充当KLA的二价配体。最后，工程改造的Fc-R2蛋白可作为FGF23拮抗剂，为治疗由过量FGF23丰度或活性引起的疾病提供新的药理干预。我们显示，FGF23-WT刺激由KLA胞外域融合到FGFR胞质域的嵌合受体分子的二聚化和激活，并采用全内反射荧光显微镜观察细胞表面上的单个KLA分子。这些实验证明FGF23-WT可以在细胞膜中充当KLA的二价配体。最后，工程改造的Fc-R2蛋白可作为FGF23拮抗剂，为治疗由过量FGF23丰度或活性引起的疾病提供新的药理学干预。这些实验证明FGF23-WT可以在细胞膜中充当KLA的二价配体。最后，工程改造的Fc-R2蛋白可作为FGF23拮抗剂，为治疗由过量FGF23丰度或活性引起的疾病提供新的药理学干预。这些实验证明FGF23-WT可以在细胞膜中充当KLA的二价配体。最后，工程改造的Fc-R2蛋白可作为FGF23拮抗剂，为治疗由过量FGF23丰度或活性引起的疾病提供新的药理学干预。