Arpin结合的Arp2/3复合物在调控细胞迁移过程中的冷冻电镜原位结构研究
批准号:
32071187
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
朱赟
依托单位:
学科分类:
结构生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱赟
中文摘要
肿瘤侵袭转移与细胞迁移行为紧密相关,而Arp2/3复合物是诱导新生微丝结合的重要成核元件,精确调控了细胞迁移过程。Arpin是Arp2/3复合物的重要调节因子,但是,它如何靶向结合Arp2/3复合物并控制细胞迁移行为的具体机制仍不为人知。目前冷冻电镜技术给生物大分子结构分析带来了革命性的进步,在细胞原位直接解析大分子复合体的三维结构已成为可能。在前期实验中,申请人已经通过晶体学的手段解析得到Arpin蛋白的高分辨率晶体结构。本项目将继续深入研究,利用冷冻光电关联成像技术、高分辨率冷冻电子断层数据收集和三维体数据精确均类等技术研究在细胞迁移过程中,Arpin结合Arp2/3复合体的原位结构,揭示Arpin蛋白发挥功能的分子机制。本项目的顺利开展,将阐明Arpin蛋白调节微丝生长的机理,同时为靶向抑制Arp2/3复合物来研发抗肿瘤转移药物提供新的思路和实验基础。
英文摘要
The invasion and metastasis of tumor cell is closely related to cell migration behavior. In molecular level, the cell migration is primarily the assembly and disassembly process of microfilament, which is composed of Actin. This process is accurately regulated by Arp2/3 complex, which forms the most important nucleation components to induce the formation of new-born microfilament. Arpin is a new regulator of Apr2/3 complex, which could not only slow down the cell migration but also control the migration direction. So far, there is no high resolution structure of Arpin or its complex structure with Arp2/3, so it is obscure why Arpin could interact with Arp2/3 to steer cell migration. In this proposal, we will solve the crystal structure of Arpin, and also solve the cryo-EM structure of complex formed by Arpin and Arp2/3. Together with biochemical and cell migration experiments, we will reveal the molecular mechanisms of Arpin-regulated cell migration. Therefore, this proposal will clarify the Arpin’s function in atomic level, and also provide insights and experimental basis for using Arp2/3 complex as the inhibitory target to design anti-tumor drugs.
肌动蛋白微丝在细胞迁移中起关键作用,而Arp2/3复合体是微丝分支形成的重要调控因子。近年来,Arpin对Arp2/3复合体的负向调控受到关注,但其抑制作用的时空特性及球状域功能尚不清楚。本研究结合冷冻电子断层扫描(cryo-ET)、超分辨光学显微镜(3D-SIM)及AlphaFold-Multimer结构预测,系统探讨了Arpin对Arp2/3复合体的抑制机制。我们发现,Arpin过表达显著改变B16F10细胞微丝网络形态,伪足边缘微丝分支显著减少,方向性高度集中,表明Arpin通过减少分支微丝和改变微丝方向性调控细胞骨架。通过cryo-ET,我们发现了一种新型的抑制性分支突起(IBP),其形态较短,仅附着于母微丝,未形成子微丝。IBP密度在Arpin过表达细胞中显著增加,表明IBP可能是由Arpin诱导的Arp2/3复合体的抑制状态。3D-SIM结合免疫荧光技术显示,Arpin不仅在伪足边缘,还在胞质中与Arp2/3复合体及微丝共定位。Arpin过表达后,其与Arp2共定位比例显著增加,表明其通过结合Arp2/3复合体直接在微丝上发挥抑制作用。AlphaFold-Multimer预测显示,Arpin的CA域与Arp3亚基紧密结合,球状域通过12个关键残基与Arp2和Arp3亚基稳定结合,阻止肌动蛋白单体结合,从而抑制分支形成。分子动力学模拟进一步验证了球状域关键残基(如Tyr5、Asp7和Lys56)与Arp2/3复合体的稳定结合。基于此,我们提出了Arpin抑制微丝分支的机制模型:CA域结合胞质或微丝上的Arp2/3复合体,球状域干扰肌动蛋白结合,阻止子微丝分支形成,最终降低细胞迁移速度,收缩板状伪足。本研究为细胞骨架调控及肿瘤迁移研究提供了新视角。
Act1蛋白借助SEFIR结构域介导白介素17免疫信号传递的结构功能研究
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批准号:31400638
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:24.0万元
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批准年份:2014
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负责人:朱赟
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依托单位:
国内基金
海外基金