α-连环蛋白（α-catenin）肌动蛋白结合域构象变化调控黏附连接成熟机制研究

本研究通过开发基于FRET（荧光共振能量转移）的构象敏感探针，结合荧光寿命成像（FLIM）和各向异性分析技术，首次揭示了α-连环蛋白（α-catenin）C端肌动蛋白结合域（ABD）在黏附连接（AJs）成熟过程中的动态构象变化。研究人员发现该构象转变依赖于肌动蛋白聚合而非纽蛋白（vinculin）结合，且与蛋白质周转率增加相关，为理解上皮细胞动态力学稳定性提供了分子机制。该成果发表于《Communications Biology》，为研究细胞间连接力学传感开辟了新途径。

　　

上皮组织如同人体的"智能屏障"，其稳定性与可塑性间的精妙平衡一直是细胞生物学领域的核心谜题。黏附连接（Adherens junctions, AJs）作为上皮细胞的"分子铆钉"，通过钙黏蛋白（cadherin）-连环蛋白（catenin）-肌动蛋白（actin）级联反应传递机械力，但如何同时实现结构稳固与动态重组始终未明。Lukas Windgasse和Carsten Grashoff团队聚焦于α-连环蛋白这一关键力学传感器，其C端肌动蛋白结合域（Actin-binding domain, ABD）的H0/H1螺旋被认为可能发生力依赖性构象变化，然而在活细胞中直接观测这一现象的技术长期缺失。

研究团队创新性地将优化后的FRET生物传感器（FL-TSM）插入α-连环蛋白第697位氨基酸后，结合荧光寿命成像显微镜（FLIM）和时间分辨荧光各向异性成像（tr-FAIM），实现了对ABD构象的实时监测。实验采用小鼠表皮角质形成细胞（MEKs）和MDCK-II细胞模型，通过钙离子诱导分化模拟AJs成熟过程。

关键技术方法

1. 1.

   基因编码构象传感器：将力敏感（FL-TS）和力不敏感（F7-NF）FRET模块分别插入α-catenin特定位点（aa 697）和C端

2. 2.

   双模式动态成像：FLIM检测FRET效率变化，tr-FAIM分析荧光团旋转自由度

3. 3.

   功能验证体系：siRNA敲降挽救实验、药物处理（细胞松弛素D/Taxol）调控肌动网架

4. 4.

   动态分析：荧光漂白恢复（FRAP）定量蛋白质周转率

The ABD domain of α-catenin changes conformation during AJ maturation

通过力不敏感探针F7-NF-697发现，未成熟点状黏附（Punctate adhesions, PA）与成熟黏附（Mature adhesions, MA）的FRET效率存在显著差异（32% vs 20%）。各向异性分析进一步证实，MA中α-catenin分子旋转自由度增加，提示ABD发生构象重排。该现象在MDCK-II细胞中同样存在，表明跨上皮类型的保守性。

The conformational switch in the ABD is distinct from structural rearrangement in the MD

与调控域（Modulation domain, MD）的力依赖性构象变化不同，ABD转变不受纽蛋白结合突变（L344P/M319G+R326E）影响，但会被细胞松弛素D破坏，说明其特异性依赖肌动网架重组而非经典vinculin通路。

The conformation switch in the ABD correlates with altered turnover rates

出乎意料的是，FRAP显示MA中α-catenin周转率反而高于PA（半衰期τ_1/2缩短约40%），表明构象稳定化与分子动态性提升并存。双指数拟合提示AJs中存在快慢两个交换池，可能对应力学负载与非负载状态分子。

这项研究首次在活细胞中捕捉到α-catenin ABD的构象开关，揭示了上皮细胞"刚柔并济"的力学密码：肌动网架重组驱动H0/H1螺旋变构，形成"分子棘轮"机制——部分分子通过catch-bond样作用锚定细胞骨架，其余分子保持快速周转。该发现突破了"结构稳定必然导致动力学停滞"的传统认知，为组织再生与癌症转移等过程提供新解释。研究者开发的FL-TSM传感器将成为探索发育力学和疾病机制的重要工具，特别适用于果蝇和斑马鱼等模式生物研究。正如审稿人所言，这项工作"为细胞连接力学研究树立了新标杆"。