细胞整合素(integrin)激活蛋白kindlin的结构生物学研究

Integrin mediated cell-ECM (extracellular matrix) adhesion plays critical roles in different cellular processes, including cell migration, invasion, proliferation, and tumor metastasis. Integrin can be activated by matrix ligand proteins or intracellular protein such as talin, and thus mediates bidirectional signaling (inside-out and outside-in). Recently, a FERM-containing protein, kindlin was found to bind with integrin and mediate integrin activation. Kindlin family contains 3 highly conserved members: kindling-1,-2,-3, all of which contain FERM domains for protein-protein interactions. Kindlins have been reported to be involved in many diseases such as skin disease, immune system disease, and play important roles in cancer cell invasion and migration. Although kindlins directly interact with a conserved motif (“NPxY”) in integrinβvia their FERM domains, the detailed molecular mechanism governing the interaction remain elusive. Here, we propose to use structural and biochemical methods to study that how kindlins interact with integrinβto activate integrin. Our study will not only provide the molecular basis for kindling-mediated integrin activation, but also shed lights into the understanding of the diseases caused by kindlin mutations.

整合素（integrin）介导的细胞-细胞外基质（ECM）在细胞迁移、侵袭、繁殖等过程中发挥重要作用。Integrin介导“由外向内”和“由内向外”的双向信号传导。Kindlin蛋白被报道也可以通过结合integrin而激活integrin。Kindlin蛋白和许多疾病比如皮肤疾病、免疫系统的疾病相关，同时，在癌症细胞的生长和迁移中发挥重要作用。虽然kindlin蛋白被报道可以通过它的FERM结构域和integrinβ胞内区域的NPxY结构域直接结合，但是其中具体的分子机理人们还不清楚。在本项目中，我们采用结构生物学和生物化学的方法，研究kindlin蛋白和integrin相互作用的机理，从而了解kindlin蛋白在激活integrin过程中如何发挥重要作用。我们的研究将为理解kindlin在众多疾病中的作用提供帮助。

整合素（integrin）介导的细胞-细胞外基质（ECM）在细胞迁移、侵袭、繁殖等过程中发挥重要作用。Integrin介导“由外向内”和“由内向外”的双向信号传导。Kindlin蛋白被报道也可以通过结合integrin而激活integrin。Kindlin蛋白和许多疾病比如皮肤疾病、免疫系统的疾病相关，同时，在癌症细胞的生长和迁移中发挥重要作用。虽然kindlin蛋白被报道可以通过它的FERM结构域和integrinβ胞内区域的NPxY结构域直接结合，但是其中具体的分子机理人们还不清楚。在本项目中，我们解析了kindlin家族中分布最广，最重要的分子kindlin2的单体和二聚体两种构象及kindlin结合整合素β-tail的复合物结构，揭示了kindlin的结构跟Talin-FERM的线性结构截然不同，呈现紧密堆积的三叶草形态；复合物结构进一步表明kindlin是通过两个特异的结合位点识别整合素细胞内β-tail的远膜端，这对激活integrin及其信号传导有重要作用。值得关注的是，本项研究意外地发现kindlin存在着构象变化，kindlin单体可以通过F2 domain-swapping形成同源二聚体，打破二聚体的形成会影响到kindlin介导的integrin的完全活化。本项目综合运用了结构生物学、生物化学及细胞生物学的方法，解决了相关领域长期存在的一个重要问题，系统地揭示了kindlin与integrin相互作用的结构基础，提出了kindlin在integrin活化过程中发挥作用的新的机理。同时，蛋白三维结构信息也帮助人们理解kindlin的突变在众多遗传疾病的机理，为今后相关疾病及癌症的治疗提供基础。该研究也为今后研究细胞粘附结构中其他重要的蛋白质三维结构以及研究细胞粘附结构的自组织提供了重要的基础。