科學家解析細胞粘附界面的原位結構

8月27日，國際學術刊物《美國國家科學院院刊》（PNAS）在線發表了中國科學院生物化學與細胞生物學研究所何勇寧研究組的研究論文「Architecture of cell-cell adhesion mediated by sidekicks」，解析了細胞粘附分子Sidekick介導的細胞粘附界面的原位結構模型以及可能的調控機制。

細胞粘附是細胞相互作用的重要方式之一，廣泛參與細胞的生長遷移、組織發育、器官形成等生理過程，尤其在神經網路的形成和可塑性調控中扮演重要角色。在過去的研究中，雖然許多細胞粘附分子或其片段的晶體結構已經獲得解析，但由於技術手段的限制，無法直接獲得細胞界面的結構信息。因此這些分子在細胞界面的排列組織方式以及調控機制還不清楚，這也是研究細胞粘附以及細胞相互作用的主要難點。

細胞粘附分子Sidekick（包括Sdk1 和Sdk2）屬於IgSF家族，可通過形成同源二聚體介導細胞粘附，在視網膜的發育和形成以及運動感知方面有著重要作用。該分子具有很長的胞外段，包括6個Ig-like結構域和13個Fibronectin III（FnIII）結構域。在該項研究中，課題組成員相互協作，通過電鏡觀察發現，該分子的胞外段具有很強的柔性，並通過N端Ig-like結構域形成同源二聚體。課題組首先解析了N端二聚體片段的晶體結構，獲得了二聚體形成的結構信息。接下來課題組利用熒光顯微鏡、高壓冷凍、光電聯合、超薄切片、電子斷層成像以及生化和分子生物學等多種手段，研究了Sdk分子在細胞界面的組裝模式，並獲得了細胞粘附界面的原位結構模型。結果發現，雖然該分子胞外段很長，但其介導的細胞界面卻非常緊湊，並具有較為均勻的間距分布。其中Ig-like結構域主要負責形成細胞間的反式（trans）連接，而FnIII結構域則通過與細胞膜的相互作用起到了穩定細胞界面的作用，從而闡釋了不同結構域在形成細胞界面時的結構和功能角色以及可能的調控機制。由於已發現的IgSF粘附分子數量眾多，其結構域組成也有不少相似之處。因此，這項工作所建立的細胞粘附模型對理解IgSF家族分子介導的細胞相互作用模式具有普遍意義，尤其為研究細胞粘附在調控神經網路的特異性和可塑性方面提供了直接的結構生物學模型。

該研究得到中科院和基金委的經費支持，以及國家蛋白質科學中心（上海）電鏡、複合激光顯微鏡等多個技術系統的大力協助。

Sdk介導的細胞粘附模型

來源：中國科學院生物化學與細胞生物學研究所

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