Abstract The transmembrane glycoproteins Trop-1/EpCAM and Trop-2 independently trigger Ca 2+ and kinase signals for cell growth and tumor progression. We discovered that Trop-1 and Trop-2 are recruited at overlapping sites at free cell edges. Z-stack analysis and three-dimensional reconstruction of these sites revealed previously unrecognized, protruding membrane regions ≥20 µm-long, up to 1.5 µm high, then named ‘cliffs’. Cliffs appeared confined to essentially immobile sites of the cell membrane, where they recursively assembled over hundreds of seconds. Cliffs were shown to recruit growth-driving kinases and downstream cytoplasmic effectors. Trop-2 stimulates cell growth through a membrane super-complex that comprises CD9 and PKCα. Our findings indicated that the growth-driving Trop-2 super-complex assembles at cliffs. Cliffs acted as sites of phosphorylation/activation of growth-driving kinases and as origins of Ca 2+ signaling waves, indicating cliffs as novel signaling platforms for drivers of cell growth. Cliffs were induced by growth factors and disappeared upon growth factor deprivation, suggesting cliffs as pivotal platforms for signaling for cell growth.

The unfolded protein response can switch from a pro-survival to a maladaptive, pro-apoptotic mode. During ER stress, IRE1α sensors dimerize, become phosphorylated, and activate XBP1 splicing, increasing folding capacity in the ER protein factory. The steps that turn on the IRE1α endonuclease activity against endogenous mRNAs during maladaptive ER stress are still unknown. Here, we show that although necessary, IRE1α dimerization is not sufficient to trigger phosphorylation. Random and/or guided collisions among IRE1α dimers are needed to elicit cross-phosphorylation and endonuclease activities. Thus, reaching a critical concentration of IRE1α dimers in the ER membrane is a key event. Formation of stable IRE1α clusters is not necessary for RNase activity. However, clustering could modulate the potency of the response, promoting interactions between dimers and decreasing the accessibility of phosphorylated IRE1α to phosphatases. The stepwise activation of IRE1α molecules and their low concentration at the steady state prevent excessive responses, unleashing full-blown IRE1 activity only upon intense stress conditions.

The transmembrane glycoproteins Trop-1/EpCAM and Trop-2 independently trigger Ca 2+ and kinase signals for cell growth and tumor progression. Our findings indicated that Trop-1 and Trop-2 tightly colocalize at macroscopic, ruffle-like protrusions (RLP), that elevate from the cell perimeter, and locally recur over hundreds of seconds. These previously unrecognized elevated membrane regions ≥20 µm-long, up to 1.5 µm high were revealed by Z-stack analysis and three-dimensional reconstruction of signal transducer-hosting plasma membrane regions. Trop-2 stimulates cell growth through a membrane super-complex that comprises CD9, PKCα, ion pumps and cytoskeletal components. Our findings indicated that the growth-driving Trop-2 super-complex assembles at RLP. RLP behaved as sites of clustering of signal transducers, of phosphorylation/activation of growth-driving kinases, as recruitment sites of PKCα and as origin of Ca 2+ signaling waves, suggesting RLP to be novel signaling platforms in living cells. RLP were induced by growth factors and disappeared upon growth factor deprivation and β-actin depolymerization, candidating RLP to be functional platforms for high-dimensional signaling for cell growth. [Media: see text] [Media: see text] [Media: see text] [Media: see text] [Media: see text] [Media: see text] [Media: see text] [Media: see text] [Media: see text] [Media: see text] [Media: see text] [Media: see text]