p21에 결합하는 인테그린 접착 수용체의 분자적 기초

커뮤니케이션 생물학 5권, 기사 번호: 1257(2022) 이 기사 인용

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이 기사에 대한 저자 수정 사항은 2023년 7월 31일에 게시되었습니다.

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인테그린 접착 수용체는 세포외 리간드와 세포질 신호 전달 사이의 연결을 제공합니다. 여러 키나제가 인테그린 β 꼬리와 직접적으로 결합하는 것으로 밝혀졌지만 이러한 상호작용에 대한 분자적 기초는 아직 알려지지 않았습니다. 여기에서는 p21 활성화 키나아제 4(PAK4)의 키나아제 도메인과 인테그린 β5의 세포질 꼬리 사이의 상호 작용을 평가합니다. 우리는 PAK4-β5 인테그린 복합체의 세 가지 결정 구조를 결정하고 PAK 결합 부위를 식별합니다. 이는 β5 꼬리의 막 근위 절반에 있는 영역이며 부위 지정 돌연변이 유발로 확인되었습니다. β5 꼬리는 키나제 기질 결합 홈에 맞물려 인산화가 불가능한 인테그린 잔기 Glu767을 포스포수용체 부위에 위치시킵니다. 이에 따라 인테그린 β5는 PAK4에 의해 인산화가 잘 되지 않으며 기질 결합 부위를 폐쇄하는 능력을 유지하면서 키나제 활성을 약하게 억제합니다. 이러한 발견은 β5 인테그린-PAK4 상호작용에 대한 분자적 기초를 입증하지만, 이 상호작용의 잠재적인 세포 역할을 이해하는 데 수정이 필요함을 시사합니다.

인테그린 접착 수용체는 세포-하층 접착의 주요 중재자이며 세포 형태, 이동 및 분화 조절에 중요한 역할을 합니다1,2,3,4. 중요한 것은 복잡한 다중 도메인 세포외 부분을 통해 세포외 리간드를 결합하고 짧은 세포질 꼬리를 통해 세포내 신호전달 지지체, 세포골격 단백질 및 효소와 결합함으로써 이러한 이종이량체 당단백질이 원형질막을 통해 양방향으로 기계적 힘과 생화학적 신호를 전달한다는 것입니다5,6,7 . 인사이드-아웃 신호전달은 세포외 리간드에 대한 인테그린의 친화성을 증가(예: talin, kindlin) 또는 감소(예: 필라민, ICAP1)하는 단백질과 인테그린 β-소단위 세포질 꼬리의 상호작용을 포함합니다8,9; 구조 생물학 도구는 이러한 효과가 어떻게 발생하는지 이해하고 분자 수준에서 내부 신호 전달 메커니즘을 정의하는 데 핵심적인 것으로 입증되었습니다. 아웃사이드-인 신호전달은 주로 인테그린 β 꼬리와 세포질 신호전달 및 어댑터 단백질 네트워크의 상호작용을 통해 세포외 신호전달 계통의 세포외 리간드에 의해 유발되는 활성화를 포함하는 것으로 나타났습니다. 이러한 작용의 메커니즘을 연구하기 위해 구조 생물학 기술이 사용되어 왔지만 외부 신호 전달의 기초는 내부 신호 전달보다 잘 이해되지 않았습니다.

세린/트레오닌 키나제의 p21 활성화 키나제(PAK) 그룹은 세포 부착, 운동성, 성장 및 생존에 중요한 역할을 합니다21,22,23,24. 이러한 키나제는 기능적으로 Rho 계열 소형 GTPase의 제어를 받지만, 조절의 분자 기반은 그룹마다 다르며 이들의 활성은 다른 결합 파트너의 영향을 받는 것으로 생각됩니다. PAK는 효소로서의 역할 외에도 어댑터 단백질 역할을 하여 신호 전달을 조절합니다. 따라서 인테그린과 유사하게 PAK 기능은 다양한 파트너 단백질의 영향을 받습니다. 특히, β5 인테그린 세포질 꼬리와 PAK4 키나제 도메인 사이의 상호작용은 재조합 β5 꼬리를 이용한 풀다운과 공동 면역침전에 의해 효모 2-하이브리드 분석에서 검출되었습니다. 이 결합은 PAK4 활성의 접착 매개 제어 및 세포 운동성과 관련되어 있지만 상호 작용에 대한 자세한 정보가 부족하여 기계적 통찰력이 제한되었습니다.

인테그린 기능은 세포질 꼬리가 단백질 키나제와 상호작용하고 이에 의해 인산화됨에 따라 조절될 수 있습니다37,38. PAK4에 대한 연구는 인테그린 β5 세포질 꼬리34에 직접 결합한 후 세린 잔기35의 표적 인산화를 제안합니다. 유사하게, 비수용체 티로신 키나제인 Arg는 β1 인테그린의 세포질 꼬리에 직접 결합하여 Arg 매개 β1 꼬리 티로신 인산화를 유도하는 것으로 나타났습니다. 대조적으로, 인테그린 β1 꼬리와 ILK의 슈도키나제 도메인 사이의 비촉매적 상호작용은 인테그린 신호전달의 인산화 독립적 제어와 관련되어 있으며40,41,42, 이는 인테그린 수용체와 키나제 도메인 사이의 비촉매적 결합이 다음을 제공할 가능성이 있음을 시사합니다. 인테그린과 키나제 모두에 대한 추가 비정규 신호 변조 모드. 이러한 예는 인테그린 테일-키나제 상호작용의 다양한 잠재적 메커니즘을 나타내지만, 지금까지 이러한 상호작용은 분자 수준에서의 연구에 저항했습니다. 따라서 우리는 인테그린 β5 꼬리와 PAK4의 상호 작용을 조사하기 위해 구조 지향적 접근 방식을 사용했습니다. 우리는 일련의 결정 구조를 결정하고 예상치 못한 키나제 결합 파트너 상호 작용 모드를 관찰했습니다. 우리는 인테그린 β5 세포질 꼬리가 인테그린 인산화를 허용하지 않고 다른 기질에 대한 PAK4 활성을 억제하는 특이한 방식으로 PAK4의 기질 결합 홈과 결합하여 PAK4가 인테그린 수용체와 상호 작용할 수 있는 방법에 대한 분자 기반을 해결한다는 것을 발견했습니다.