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摘要动态微管与细胞皮层之间的相互关联(crosstalk)在细胞迁移，细胞粘附，细胞极性等细胞生命活动中发挥着重要的作用。微管通过不断聚合一解聚的过程保持动态平衡，并以此调节细胞骨架的状态及胞内物质的运输，进而影响细胞皮层的活动和细胞形态的改变。细胞皮层则通过识别和稳定微管末端，调控微管的生长和缩短。在这个过程中，微管相关蛋白和细胞皮层蛋白之间紧密联系并调控微管与细胞皮层的相互作用。最新的研究表明，KANK1/KIF21A复合物是调节微管正向末端与细胞皮层之间相互连接的重要调节因子。KANK1通过与liprin之间的相互作用定位于细胞皮层，是细胞皮层微管稳定复合物的重要成分(liprinα/β-ELKS-CLASP1/2)，能够识别并募集KIF21A到细胞膜附近。KIF21A是kinesin-4家族成员，沿着微管由负极向正极进行物质运输。同时，它也是微管生长的抑制因子。值得注意的是，KANK1和KIF21A基因被报道与多种恶性肿瘤的发病有关;KIF21A上的基因突变与先天性眼外肌纤维化综合征(CFEOM1)的发病机制也密切相关。而KANK1如何识别并募集KIF21A到细胞皮层发挥其抑制微管生长的作用机制，目前尚不清晰。为了探究KANK1与KIF21A相互作用的机制，我们详细研究了两者之间相互作用机制，并率先解析了KANK1/KIF21A复合物的高分辨率晶体结构。结构显示，KANK1含有5个经典的ANK重复序列(ankyrin repeats)，在其氨基端，一段由5个α螺旋形成的Capping domain紧密结合ankyrin repeats，并形成一个超结构域（KANK1-ANK）共同识别KIF21A中间一段19个氨基酸残基的保守多肽（KANK1binding Domian，KBD）。KIF21A-KBD则形成两小段α螺旋，依赖疏水作用和极性相互作用牢牢结合于KANK1-ANK形成的保守凹槽中。同时，KIF21A-KBD上含有多个潜在的磷酸化位点，其模拟磷酸化突变体均能打破KANK1/KIF21A相互作用，预示着磷酸化可能参与调控KANK1/KIF21A复合物形成。另外，我们的生化及结构研究阐释了两个蛋白中一系列与肿瘤相关的突变通过影响KANK1/KIF21A复合物的形成而在肿瘤发生发展中发挥作用的分子机制。因此，我们的研究不仅揭示了KANK1/KIF21A复合物在细胞皮层-微管骨架相互关联中的具体作用机制及可能的调控方式，同时还为肿瘤及相关神经发育疾病的发病机制提供了结构基础。<br>　　细胞皮层上的粘附分子介导的蛋白复合物在细胞皮层与细胞骨架的相互关联中也发挥着重要的功能。Nephrin是肾小球足细胞上最重要的粘附分子，结构组成上包含胞外区，单次跨膜区和胞内段。通过胞外区的8个IgG结构域，Nephrin和其他的粘附分子共同构成了足细胞裂孔隔膜，形成了肾小球过滤系统的最后一道屏障。Nephrin的胞内段含有一个非经典的PDZ结构域结合序列(PDZ-binding Motif,PBM)，募集一系列富含PDZ结构域的支架蛋白和信号蛋白，并形成多分子超大复合物，用以维持Nephrin在细胞皮层的稳定及向胞内传递细胞信号，调节细胞骨架和细胞形态。然而，目前对于Nephrin-PBM具体的结合目标蛋白还存在争议。为此，我们系统探究了Nephrin-PBM与足细胞中众多包含PDZ结构域蛋白的相互作用关系，发现Nephrin-PBM只特异性的识别MAGUK家族蛋白MAGI1，而不是MAGI2或者MAGI3。MAGI家族蛋白包含六个PDZ结构域（PDZ0-5），在联系胞外环境与胞内信号通路、参与形成细胞间的紧密连接和维持神经突触胞内骨架等方面发挥了重要的作用。进一步的研究发现Nephrin-PBM特异性地结合于MAGI1的PDZ3结构域。我们解析了MAGI1-PDZ3/Nephrin-PBM复合物的高分辨率晶体结构，并结合生物化学和细胞生物学方法具体阐明了Nephrin与MAGI1高度特异性相互作用的分子机制。另外，基于复合物结构，我们开发了能够特异打破Nephrin与MAGI1相互作用的抑制性多肽，该抑制性多肽可作为未来研究Nephrin具体生理功能的有力工具。因此我们的研究为Nephrin如何通过其胞内段非经典PBM识别并募集支架蛋白MAGI1到细胞皮层发挥其功能提供了结构基础和分子机制。<br>　　我们通过生物化学，蛋白质化学，结构生物学及细胞生物学方法，围绕细胞皮层与细胞骨架相互关联的分子作用机制展开研究，从原子水平揭示了上述过程中重要蛋白复合物（KANK1/KIF21A，Nephrin/MAGI1）的分子作用机制，为进一步理解细胞极性维持，细胞迁移与细胞骨架动态平衡的关系奠定了基础，也为相关疾病的发病机制提供了新的研究策略与思路。