細胞粘附是細胞相互作用的重要方式之一,廣泛參與細胞的生長(cháng)遷移、組織發(fā)育、器官形成等生理過(guò)程,尤其在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的形成和可塑性調控中扮演重要角色。在過(guò)去的研究中,雖然許多細胞粘附分子或其片段的晶體結構已經(jīng)獲得解析,但由于技術(shù)手段的限制,無(wú)法直接獲得細胞界面的結構信息。因此這些分子在細胞界面的排列組織方式以及調控機制還不清楚,這也是研究細胞粘附以及細胞相互作用的主要難點(diǎn)。
細胞粘附分子Sidekick(包括Sdk1和Sdk2)屬于IgSF家族,可通過(guò)形成同源二聚體介導細胞粘附,在視網(wǎng)膜的發(fā)育和形成以及運動(dòng)感知方面有著(zhù)重要作用。該分子具有很長(cháng)的胞外段,包括6個(gè)Ig-like結構域和13個(gè)FibronectinIII(FnIII)結構域。在該項研究中,課題組成員相互協(xié)作,通過(guò)電鏡觀(guān)察發(fā)現,該分子的胞外段具有很強的柔性,并通過(guò)N端Ig-like結構域形成同源二聚體。課題組首先解析了N端二聚體片段的晶體結構,獲得了二聚體形成的結構信息。接下來(lái)課題組利用熒光顯微鏡、高壓冷凍、光電聯(lián)合、超薄切片、電子斷層成像以及生化和分子生物學(xué)等多種手段,研究了Sdk分子在細胞界面的組裝模式,并獲得了細胞粘附界面的原位結構模型。結果發(fā)現,雖然該分子胞外段很長(cháng),但其介導的細胞界面卻非常緊湊,并具有較為均勻的間距分布。其中Ig-like結構域主要負責形成細胞間的反式(trans)連接,而FnIII結構域則通過(guò)與細胞膜的相互作用起到了穩定細胞界面的作用,從而闡釋了不同結構域在形成細胞界面時(shí)的結構和功能角色以及可能的調控機制。由于已發(fā)現的IgSF粘附分子數量眾多,其結構域組成也有不少相似之處。因此,這項工作所建立的細胞粘附模型對理解IgSF家族分子介導的細胞相互作用模式具有普遍意義,尤其為研究細胞粘附在調控神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的特異性和可塑性方面提供了直接的結構生物學(xué)模型。