Молекулярная основа связывания рецептора адгезии интегрина с p21

Биология связи, том 5, Номер статьи: 1257 (2022) Цитировать эту статью

949 Доступов

5 Альтметрика

Подробности о метриках

Авторская поправка к этой статье была опубликована 31 июля 2023 г.

Эта статья обновлена

Рецепторы адгезии интегрина обеспечивают связь между внеклеточными лигандами и цитоплазматической передачей сигналов. Было обнаружено, что несколько киназ напрямую взаимодействуют с хвостами интегрина β, но молекулярная основа этих взаимодействий остается неизвестной. Здесь мы оцениваем взаимодействие между киназным доменом p21-активируемой киназы 4 (PAK4) и цитоплазматическим хвостом интегрина β5. Мы определяем три кристаллические структуры комплексов интегрина PAK4-β5 и идентифицируем сайт связывания PAK. Это область в проксимальной половине хвоста β5, подтвержденная сайт-направленным мутагенезом. Хвост β5 входит в бороздку, связывающую субстрат киназы, и позиционирует нефосфорилируемый остаток интегрина Glu767 в фосфоакцепторном сайте. В соответствии с этим, интегрин β5 плохо фосфорилируется с помощью PAK4 и, несмотря на свою способность закупоривать сайт связывания субстрата, слабо ингибирует киназную активность. Эти данные демонстрируют молекулярную основу взаимодействий интегрина β5-PAK4, но предполагают изменения в понимании потенциальной клеточной роли этого взаимодействия.

Рецепторы адгезии интегрина являются основными медиаторами адгезии клеток с субстратом и играют жизненно важную роль в контроле морфологии, миграции и дифференцировки клеток1,2,3,4. Важно отметить, что, связывая внеклеточные лиганды через свои сложные многодоменные внеклеточные части и связываясь с внутриклеточными сигнальными каркасами, белками цитоскелета и ферментами через свои короткие цитоплазматические хвосты, эти гетеродимерные гликопротеины передают механическую силу и биохимические сигналы в двух направлениях через плазматическую мембрану5,6,7 . Передача сигналов изнутри наружу включает взаимодействие цитоплазматического хвоста β-субъединицы интегрина с белками, которые увеличивают (например, талин, киндлин) или уменьшают (например, филамин, ICAP1) сродство интегрина к внеклеточным лигандам8,9; инструменты структурной биологии оказались центральными для понимания того, как происходят эти эффекты, и для определения механики передачи сигналов изнутри наружу на молекулярном уровне10,11,12,13,14,15. Было показано, что передача сигналов снаружи внутрь включает внеклеточную лиганд-запускаемую активацию внутриклеточных сигнальных каскадов в основном посредством взаимодействий хвостов интегрина β с цитоплазматической передачей сигналов и сетями адапторных белков16,17. Методы структурной биологии использовались для изучения механизмов этих действий, но основа передачи сигналов снаружи внутрь остается менее изученной, чем передача сигналов изнутри наружу18,19,20.

Группа серин/треониновых киназ, активируемых р21 (PAK), играет важную роль в клеточной адгезии, подвижности, росте и выживании21,22,23,24. Эти киназы функционально находятся под контролем малых GTPases Rho-семейства, хотя молекулярная основа регуляции различается в разных группах25,26,27,28,29, и считается, что на их активность влияют другие партнеры по связыванию25,30,31. Помимо своей роли ферментов, PAK также модулируют передачу сигналов, действуя как адаптерные белки32,33. Таким образом, как и в случае с интегринами, на функцию PAK влияет ряд белков-партнеров. Примечательно, что взаимодействия между цитоплазматическим хвостом интегрина β5 и киназным доменом PAK4 были обнаружены в дрожжевых 2-гибридных анализах, путем связывания с рекомбинантными хвостами β5 и путем коиммунопреципитации34. Это связывание вовлечено в опосредованный адгезией контроль активности PAK4 и подвижность клеток35,36, но понимание механизма было ограничено из-за отсутствия подробной информации о взаимодействии.

Функция интегринов может модулироваться за счет взаимодействия их цитоплазматических хвостов с протеинкиназами и фосфорилирования ими37,38. Исследования PAK4 предполагают прямое связывание с цитоплазматическим хвостом интегрина β534 с последующим целенаправленным фосфорилированием его сериновых остатков35. Сходным образом было показано, что нерецепторная тирозинкиназа Arg напрямую связывается с цитоплазматическим хвостом интегрина β1, что приводит к опосредованному Arg фосфорилированию тирозина хвоста β139. Напротив, некаталитические взаимодействия между хвостами интегрина β1 и псевдокиназным доменом ILK участвуют в независимом от фосфорилирования контроле передачи сигналов интегрина40,41,42, что позволяет предположить, что некаталитическое связывание между рецепторами интегрина и киназными доменами потенциально может обеспечить дополнительные неканонические способы модуляции сигнала как для интегринов, так и для киназ. Эти примеры представляют различные потенциальные механизмы взаимодействия хвоста интегрина с киназой, но до сих пор эти взаимодействия не поддавались изучению на молекулярном уровне. Поэтому мы использовали структурно-ориентированный подход для исследования взаимодействия хвоста интегрина β5 с PAK4. Мы определили массив кристаллических структур и наблюдали неожиданный способ взаимодействия партнеров по связыванию киназы; мы обнаружили, что цитоплазматический хвост интегрина β5 необычным образом взаимодействует с субстрат-связывающей бороздкой PAK4, что не позволяет фосфорилировать интегрин и ингибирует активность PAK4 против других субстратов, раскрывая молекулярную основу того, как PAK4 может взаимодействовать с рецепторами интегрина.