整合素αX跨膜螺旋的功能性展开

跨膜螺旋局部展开调控整合素激活阈值及膜几何感知，骨架动力学破坏氢键影响功能。

　　

重要性

生物膜由脂质双层构成，该双层能够溶解并包裹其中的蛋白质。脂质的非极性环境极大地促进了膜蛋白中α-螺旋和β-折叠结构的形成，以尽量减少极性原子与脂质的接触。然而，我们发现对于一种重要的细胞黏附受体而言，这一规律并不完全成立：其一个亚基的跨膜螺旋部分发生了展开，且这种展开的程度与膜的几何结构密切相关。这种展开程度被纳入受体的激活阈值中，从而揭示了蛋白质骨架的动力学特性。这一现象的结构基础表明，膜蛋白通常会优化其组成螺旋的动力学行为。

摘要

在生物膜中，蛋白质所处的环境与水中截然不同。为了避免与极性氨基酸残基发生不稳定的脂质相互作用，蛋白质通常利用α-螺旋或β-桶结构来穿越膜层。然而，我们发现整合素αX及其同源蛋白αM会部分展开其跨膜螺旋的N端区域，从而打破了这一常规。这种展开使得螺旋结构变得动态且脆弱，从而减弱了其与β2亚基的结合，进而降低了整合素αXβ2介导的细胞黏附的激活阈值。展开的程度取决于膜的几何结构，从而形成了一种感知膜特性的机制。整合素αXβ2和αMβ2同时具备黏附控制和感知功能，这可能使得受体的激活行为依赖于膜的特定属性。αX跨膜螺旋的展开是由于其中含有大量破坏α-螺旋稳定性的氨基酸残基；虽然大多数跨膜螺旋也含有这类残基，但它们的数量通常没有达到这种程度。因此，跨膜螺旋的骨架动力学可以破坏氢键、调节蛋白质功能，并优化其刚性。