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在细胞迁移及癌症侵袭转移过程中，黏着斑（FAs）的调控机制至关重要。研究人员围绕 FAs 中黏着斑激酶（FAK）展开研究，发现 paxillin 可连接 FAK 与 vinculin，Y925 磷酸化促进其形成，这为理解 FAK 力激活提供模型，对相关疾病研究意义重大。
在细胞的微观世界里，细胞迁移如同一场精密的舞蹈，而黏着斑（FAs）则是这场舞蹈中关键的 “舞台装置” 。FAs 是细胞内形成于整合素跨膜受体胞质侧的大型复合物，它像一座桥梁，在细胞外与细胞外基质（ECM）蛋白相连，在细胞内与肌动蛋白应力纤维相接，负责将应力纤维收缩产生的力传递给 ECM，为细胞迁移提供动力。然而，要实现高效且定向的迁移，FAs 的生命周期必须受到精准调控，这个调控过程依赖于 FAs 中的信号传导机制，其中黏着斑激酶（Focal Adhesion Kinase，FAK）扮演着核心角色。
FAK 是一种非受体酪氨酸激酶，对细胞迁移至关重要。当 FAK 基因敲除时，细胞会出现大量难以周转的 FAs，从而抑制细胞迁移。在癌症领域，FAK 更是一个 “麻烦制造者”，它在多种晚期实体瘤（如肺癌、卵巢癌和乳腺癌）中频繁过表达，与患者的不良预后密切相关。此外，研究还发现，FAs 中的力与 FAK 的活性存在关联，在僵硬的底物上，随着 FAs 受力增加，FAK 会被激活，这一机制被纤维化肿瘤利用，进而驱动肿瘤侵袭。尽管 FAK 在细胞迁移和癌症发展中的重要性已被知晓，但 FAs 力转导与 FAK 信号传导之间的具体联系机制却一直是个谜。
为了解开这个谜团，来自西班牙国家研究委员会（CSIC）玛格丽塔?萨拉斯生物研究中心（CIB）的 Karen Diaz - Palacios、Pilar López Navajas 等研究人员展开了深入研究 。他们的研究成果发表在《Cell Communication and Signaling》上，为我们揭示了 FAs 中信号传导与力转导之间的关键联系，为理解细胞迁移和癌症转移机制提供了新视角，也为相关疾病的治疗提供了潜在的新靶点。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是荧光各向异性实验，用于分析蛋白质之间的相互作用亲和力；二是沉降速度分析超速离心（svAUC）技术，监测蛋白质复合物的形成；三是 GST 下拉实验，进一步验证三元复合物的形成；四是结晶和结构测定技术，获取蛋白质相互作用的结构信息；五是细胞实验，在细胞水平验证相关机制对 FAK 激活的影响。
下面来看看具体的研究结果：
- FAT:paxillin:vinculin 连接中的二元相互作用：研究人员通过荧光各向异性实验，用纯化的 FAT 和 vinculin 蛋白以及合成的 FITC 标记的 paxillin 的五个 LD 基序（LD1 - LD5）肽进行实验，发现 FAT 与 LD2 和 LD4 具有高亲和力，vinculin 的尾部结构域（Vin - T）与 LD1 和 LD2 有结合能力，且包含 LD2 和 LD4 基序的肽（LD2/4）与 FAT 结合时亲和力显著增强。此外，通过对 FAT 突变体的研究，明确了不同 LD 基序在 FAT 上的结合位点特异性123。
- FAK、paxillin 和 vinculin 形成三元复合物：基于 FAT 和 vinculin 都能与 paxillin 相互作用，研究人员通过 svAUC 实验和 GST 下拉实验，证实了 paxillin 可以通过 LD2 与 Vin - T、LD4 与 FAT 的相互作用，将 FAK 与 vinculin 连接形成三元复合物，并且破坏 FAT 中 LD2 的结合位点（H14 位点突变）可促进该复合物的形成，而破坏 LD4 的结合位点（H23 位点突变）则会减少复合物的形成。同时，细胞实验表明，FAT 与 paxillin LD4 的连接对 ECM 介导的 FAK 激活很重要456。
- FAT 中 Y925 磷酸化释放 paxillin LD2 并促进 FAK 激活：通过对 FAT 与 paxillin 基序结合的晶体结构分析，研究人员发现 Y925（已知的 Src 磷酸化位点）位于 FAT 的 H14 结合位点，其磷酸化可能干扰 LD2 与 FAT 的结合。通过荧光各向异性实验，用 FATY925E 磷酸模拟突变体和 FAT - Y925F 磷酸缺陷突变体进行研究，证实了 Y925 磷酸化可促进 LD2 从 FAT 释放，与 vinculin 相互作用，从而促进 FAK - vinculin 连接和 FAK 激活。细胞实验也表明，Y925 磷酸化对 ECM 介导的 FAK 激活至关重要789。
- LD2 与 vinculin 的结合与力转导兼容：研究人员通过结晶实验获得了 Vin - T 与 LD1 和 LD2 结合的晶体结构，发现只有 LD2 与 Vin - T 中螺旋 H2 和 H3 的相互作用，在全长 vinculin 和与肌动蛋白结合的 Vin - T 中均无障碍，表明该相互作用与 vinculin 在力转导中的作用兼容。结合其他已知结构数据，研究人员构建了 FAK 力激活的原子模型，完善了 FAK 力激活的机制模型101112。
在讨论部分，研究人员指出，FAs 中的力与 FAK 活性相关，vinculin 在 FA 成熟过程中从膜上移动，符合力诱导 FAK 激酶从膜上脱离的模型。他们提出了一种 FAK 通过 paxillin 与 vinculin 磷酸化调控连接的模型，在该模型中，FAK 的 FAT 结构域最初与 paxillin 的 LD2 和 LD4 基序紧密结合，Y925 磷酸化促使 LD2 释放并与 vinculin 建立连接，肌动蛋白产生的力一方面通过 talin 和 vinculin 传递给整合素，为细胞迁移提供牵引力，另一方面通过 paxillin 传递给 FAK 激活信号传导。同时，研究还发现除了 LD2 和 LD4，LD1 也能与 FAT 和 Vin - T 结合，虽然其在 FAT:paxillin:vinculin 连接中的作用可能不重要，但可能在 vinculin 定位到膜上时，帮助将 Vin - T 靠近 FAK。此外，talin 与 FAT 和 vinculin 的相互作用，可能在早期 FAs 组装中起重要的介导或适配作用，促进 FA 成分在膜上的组装。
总的来说，这项研究首次在结构上定义了力传递与 FAK 连接的所有相互作用，提供了 FAK 力激活的原子模型，揭示了 FAs 中信号传导与力转导之间磷酸化调控的联系，为深入理解细胞迁移和癌症转移的分子机制奠定了基础，也为开发针对相关疾病的治疗策略提供了重要的理论依据。
