极性蛋白Par6通过动态互作促进aPKC对Lgl的持续性磷酸化调控上皮细胞极性机制研究

本研究揭示了极性蛋白Par6在调控上皮细胞极性中的关键作用机制。研究人员通过冷冻电镜和多种生化技术，首次阐明了Par6如何通过与aPKC和Lgl形成三元复合物，促进aPKC对Lgl的持续性多位点磷酸化，从而精确调控Lgl的膜结合能力。该发现为理解细胞极性建立的分子机制提供了重要结构基础，对肿瘤发生等病理过程研究具有重要启示意义。

　　

在生命活动中，细胞极性的建立和维持是上皮细胞发挥功能的基础。这一过程依赖于多种保守蛋白的精确调控，其中非典型蛋白激酶C(aPKC)与其调节伴侣Par6形成的复合物起着核心作用。然而长期以来，Par6在促进aPKC磷酸化其关键底物Lgl(致死性巨大幼虫蛋白)过程中的具体分子机制仍不清楚。这一科学问题的解答对于理解上皮细胞极性建立的分子机制至关重要，也对肿瘤发生等病理过程的研究具有重要启示意义。

斯坦福大学医学院的研究人员通过冷冻电镜和多种生化技术，首次揭示了Par6通过动态互作促进aPKC对Lgl的持续性磷酸化的分子机制。相关研究成果发表在《Communications Biology》上。研究人员主要运用了冷冻电镜技术解析蛋白质复合物结构、生物层干涉仪测定蛋白质相互作用亲和力、荧光偏振分析检测蛋白质结合特性以及体外磷酸化实验等技术方法。

Par6显著稳定aPKCt/Lgl2相互作用
通过生物层干涉仪和荧光偏振实验，研究人员定量分析了Par6对aPKC与Lgl相互作用的调控。结果显示，Par6能将aPKC与Lgl的结合亲和力提高约15-24倍，形成稳定的三元复合物。这种稳定作用在不同核苷酸结合状态下均能维持，表明Par6在调控aPKC活性中具有重要作用。

Par6促进结合态Lgl2的单次多位点磷酸化
研究人员设计了独特的"Start trap"实验，证明aPKC/Par6复合物能以持续性机制对Lgl进行多位点磷酸化。与游离aPKC的分布式磷酸化不同，aPKC/Par6复合物在一次结合事件中就能完成对Lgl多个位点的磷酸化，这种高效机制确保了Lgl膜结合能力的精确调控。

Par6促进与aPKC和Lgl2形成多界面复合物
冷冻电镜结构解析揭示了这一三元复合物的精细结构。Lgl2的C端β-螺旋桨结构域作为支架，同时与aPKC激酶结构域和Par6的PDZ结构域相互作用。特别值得注意的是，Lgl2的10-11环同时与aPKC活性位点和Par6 PDZ结合，形成独特的空间构象。这种多界面相互作用是持续性磷酸化的结构基础。

Lgl2通过多表面相互作用固定aPKCt激酶结构域
结构分析显示，Lgl2通过双锚定机制将aPKC激酶结构域固定在其表面：底部通过β-螺旋桨表面相互作用，顶部通过10-11环与激酶活性位点结合。在ADP结合状态下，10-11环能通过替代路径与Par6 PDZ和aPKC αG螺旋相互作用，维持激酶与底物的结合。

Par6 PDZ与Lgl2结构域协同支持激酶催化过程中的持续结合
研究发现Par6 PDZ与Lgl2 C端10-11环中的PDZ结合基序(PBM)相互作用对持续性磷酸化至关重要。当破坏这一相互作用时，aPKC/Par6对Lgl的持续性磷酸化能力显著降低。这表明Par6 PDZ在维持激酶与底物结合中发挥关键作用。

Par6 CBD变异特异性序列决定磷酸化后复合物的解离
研究发现不同Par6亚型在C端结合结构域(CBD)上存在显著差异。Par6b通过其CBD与Lgl2的强相互作用，能在Lgl磷酸化后仍保持一定结合力；而Par6a由于CBD序列不同，与磷酸化Lgl的亲和力显著降低。这种差异可能反映了不同Par6亚型在细胞中的功能分工。

这项研究首次从结构和功能层面阐明了Par6在调控aPKC对Lgl磷酸化中的核心作用机制。研究发现Par6不仅稳定了aPKC与Lgl的相互作用，更重要的是通过形成多界面复合物，促使aPKC以持续性机制完成对Lgl的多位点磷酸化。这种高效调控机制确保了细胞极性建立的精确性，为理解上皮形态发生和肿瘤发生等过程提供了新的分子视角。特别是不同Par6亚型在调控特性上的差异，暗示了细胞可能通过选择不同Par6亚型来精细调控极性信号通路的时空特异性。该研究为开发针对细胞极性异常相关疾病的干预策略提供了重要理论基础。