研究背景：

FERM結(jié)構(gòu)域的蛋白家族中,，黏著斑蛋白（kindlin）和踝蛋白（talin） 是進化上高度保守并且在FERM結(jié)構(gòu)域中表現(xiàn)出高度同源性,。kindlin家族在整合素（integrin）活化中發(fā)揮重要作用，參與integrin的雙向信號傳導(dǎo),，對整合素受體介導(dǎo)的細胞與細胞外基質(zhì)的黏附,、細胞-細胞外基質(zhì)的黏附、細胞遷移、胚胎發(fā)育,、損傷修復(fù)等過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用,。此外kindlin的異常還可以導(dǎo)致多種遺傳性疾病的發(fā)生，同時kindlin家族作為重要的信號分子還參與了腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程,。

近日,，《Nature Communications》刊登了Grégory Giannone等學(xué)者的新研究成果，該團隊使用Abbelight 3D單分子超分辨成像系統(tǒng)SAFe 360的超分辨-單分子追蹤技術(shù)（SPT-PALM）研究了kindlin和talin等蛋白在細胞質(zhì)膜中的擴散機制,。

研究內(nèi)容：

焦點黏著斑蛋白（FAs）家族廣泛參與整合素依賴型細胞粘附,、性和遷移等過程，通過直接或間接的方式結(jié)合在細胞外基質(zhì)（ECM）和肌動蛋白細胞骨架之間,，并與具有不同結(jié)構(gòu),、信號或支架功能的蛋白建立物理聯(lián)系。然而FAs蛋白如何被引導(dǎo)到定的納米層以促進與定靶點的相互機制目前尚不清楚,。為探究其機制,，Grégory Giannone等將kindlin的蛋白分子行為和3D納米定位與其在FAs內(nèi)integrin激活中的功能聯(lián)系起來，通過單蛋白追蹤,、超分辨成像以及功能分析kindlin在上膜的定位和擴散對integrin激活,、細胞擴散和FAs形成過程，并通過研究發(fā)現(xiàn)kindlin通過與talin不同的途徑來達到和激活integrin,，為integrin激活期間的互補性提供了可能的分子基礎(chǔ),。

，作者通過追蹤integrin在細胞中不同區(qū)域的單分子運動軌跡,，計算單個β1-integrin或者β3-integrin分子的擴散系數(shù),，并比較integrin在FA內(nèi)和FA外的擴散系數(shù)，發(fā)現(xiàn)integrin在FA中有自由擴散（綠色軌跡）,，被束縛的區(qū)域擴散（黃色軌跡）和固定不動三種不同模式,。不同的細胞中，integrin在FA外普遍表現(xiàn)出更快的擴散速度,，更多傾向于純自由擴散,。同時Mn²⁺的處理會讓更多的integrin分子傾向于固定不動，也即參與同kindlin和或talin相互作用,。經(jīng)過計算kindlin突變體和talin突變體中β1-integrin或者β3-integrin的擴散系數(shù)并比較,，發(fā)現(xiàn)對于這兩個突變體，Mn²⁺處理結(jié)果略有不同,，kindlin突變體中integrin分子傾向于固定不動的比例相對于talin突變體較低些,。

integrin，kindlin和talin在細胞中的擴散的軌跡分布于擴散系數(shù)分布

為了進步分析kindlin和talin與integrin相互作用的機制,，觀測比較kindlin和talin單分子擴散軌跡可發(fā)現(xiàn)integrin和kindlin通過細胞膜自由擴散立進入焦點黏著斑（FAs）,，而talin和paxillin通過胞漿自由擴散到達FAs,。在FAs中integrin展現(xiàn)自由擴散和被束縛的擴散兩種擴散模式，兩種模式都是通過kindlin和talin的結(jié)合觸發(fā),。自由擴散時integrin,，kindlin和talin同時以正確的取向結(jié)合的概率非常低，Grégory Giannone等學(xué)者研究顯示三者更傾向于如上圖所示的模型,，也即在質(zhì)膜上自由擴散的integrin和kindlin會形成不可移動的integrin-kindlin復(fù)合物(i),；這種復(fù)合物可以限制整合素β端的方向，并有于talin與近端NPxY基序的結(jié)合,，從而形成短暫integrin-kindlin-talin的三元復(fù)合物(ii),；kindlin可以間歇性地解離(iii)并再次(ii)與壽命更長的integrin-talin復(fù)合物重新結(jié)合。這種瞬態(tài)的integrin-kindlin-talin三元復(fù)合物的相互作用會大大延長integrin和talin的相互作用的持續(xù)時間,。talin和kindlin脫附后integrin會繼續(xù)恢復(fù)自由擴散的模式,，直至再次和kindlin結(jié)合。

kindlin和talin激活整合素的示意圖模型

實驗設(shè)備簡介：

本實驗中實用的單分子示蹤系統(tǒng)是abbelight公司研發(fā)的3D單分子定位顯微系統(tǒng)—SAFe 360,，用其有的DAISY技術(shù)將xyz方向的定位精度提高至15 nm,，可以精確觀測蛋白顆粒的定位分布及其運動軌跡。除此之外,，該設(shè)備還具備大視場和鍵式操作，能夠大幅度降低單分子定位操作技術(shù)的門檻,，幫助研究者從事分子機制的研究,。

典型采集實例：

神經(jīng)元超分辨成像	大腸桿菌	線粒體三維結(jié)構(gòu)	外泌體成像

參考文獻：

[1] Orré, Thomas, et al. "Molecular motion and tridimensional nanoscale localization of kindlin control integrin activation in focal adhesions." Nature communications 12.1 (2021): 1-17.

相關(guān)產(chǎn)品

1、3D單分子熒光成像系統(tǒng)-SAFe 360

http://sorrent.com.cn/product/detail/33639073.html

2,、大視野單分子超分辨模塊-SAFe 180

http://sorrent.com.cn/product/detail/33638503.html