在多细胞生物中，细胞间和细胞与外基质extracellular matrix间的黏附对于组织和器官的完整性起着决定性的作用。黏着斑是一种重要的细胞-外基质黏附结构，其形成依赖于整合素家族蛋白。整合素是一类跨膜蛋白分子，主要存在两种构象：弯曲构象Bended conformation和伸展构象Extended conformation。处于伸展构象的整合素，其胞外结构域能够以极高的亲和力结合胶原蛋白collagen和纤连蛋白fibronectin等外基质组分，胞内结构域则负责募集多种接头蛋白adaptor protein和支架蛋白scaffold protein间接与微丝细胞骨架相互作用。整合素所募集的蛋白中最关键的是Talin和Kindlin，这两者能够直接和整合素beta亚基的胞内段结合并稳定整合素的伸展构象，因此对于整合素的激活是必须的（图一）(1)。Talin或者Kindlin敲除的细胞无法伸展且呈球形，敲除小鼠在胚胎发育早期就已经死亡。

黏着斑不仅在物理上扮演了连接胞外环境和细胞骨架的桥梁角色，它同时能够感受细胞外的机械力mechanical force并将其转变为细胞内的生物化学信号，也能和多种细胞因子和趋化因子协同作用，因此对于细胞的伸展，黏附，迁移和免疫应答都有不可替代的作用。

图一：受Talin和Kindlin调控的整合素激活模型(1)

在有丝分裂初期，细胞的黏着斑大量解体，导致细胞和外基质的黏附力度大幅降低，然后在细胞膜附近，坚硬的肌动球蛋白皮层actomyosin cortex形成，使细胞的形态从间期的伸展扁平状转变为分裂期的球状，这个过程称为mitotic rounding。球状细胞体的形成，为纺锤体微管和着丝粒的连接，染色体的正确排列提供了足够的空间。抑制mitotic rounding会导致染色体的错误排列和多核细胞的产生(2)。关于有丝分裂中细胞形态变化的研究，绝大多数聚焦于actomyosin cortex的形成，然而黏着斑是如何被解聚的分子机制却还不清楚。

在最新这项研究中，作者首先运用细胞同步化技术，在HeLa细胞系的各个细胞周期中检测关键的黏着斑蛋白组分的丰度，发现Kindlin的蛋白水平在有丝分裂期对比G2期下降了80-90%，而且其蛋白条带在Western blot中有明显的上移，提示存在有丝分裂期特异的翻译后修饰，而包括Talin在内的被检测的其他接头蛋白的丰度都没有明显变化。此外，作者在多种其他细胞系中都观察到Kindlin在分裂期被降解的现象。

图二：Kindlin丰度在有丝分裂期大幅下降

通过磷酸化蛋白质组学分析，作者发现Kindlin的F1结构域中的一段自由无序的序列在分裂期中被高度磷酸化，其中最显著的磷酸化发生在第181位丝氨酸。这段基序在进化中高度保守。通过免疫共沉淀和体外激酶实验，作者证明了细胞周期依赖性激酶CDK1-cyclin B1能够直接结合Kindlin并介导了这段基序的磷酸化。将第181位丝氨酸突变成模仿磷酸化的天冬氨酸（D突变, phosphomimetic）后，Kindlin的稳定性大幅降低，而将这段序列中所有的丝氨酸都突变成抑制磷酸化的丙氨酸（A突变, phosphoinhibitory）后，Kindlin在分裂期的稳定性则显著提升。这些结果显示CDK1-cyclin B1介导的磷酸化直接影响了Kindlin蛋白的稳定性。

图三：Kindlin在有丝分裂期被磷酸化的序列在进化上高度保守

作者进一步构建了携带上述突变的细胞系，发现携带D突变的细胞相比野生型细胞，黏着斑解聚的速度大幅加快，而这一过程在携带A突变的细胞中被显著抑制。尽快这两种突变体在黏着斑解聚方面的行为相反，但是都能导致纺锤体与染色体着丝粒的连接障碍并长时间激活纺锤体组装检查点Spindle Assembly Checkpoint（SAC），导致基因组不稳定性，非整倍体细胞的产生和有丝分裂期特异性的细胞死亡。

为了寻找介导Kindlin降解的泛素连接酶，作者运用了基于RNA干扰和蛋白荧光的高通量筛选方法。结果表明针对Cullin9和FBXL10的RNA干扰能显著提高携带D突变的Kindlin的蛋白稳定性。通过免疫共沉淀和体外磷酸化/泛素化实验，作者证明了Cullin9和FBXL10存在于同一个E3连接酶复合体中，这个复合体能够识别磷酸化后的Kindlin并催化其K48位特异性的泛素化和依赖于蛋白酶体途径的降解。

图四：Kindlin的磷酸化调控对于细胞分裂正常进行是必需的

细胞周期和细胞黏附对于胚胎发育和正常机体功能都至关重要，但这两者之间的交叉研究却相对较少。该研究阐明了有丝分裂初期黏着斑解聚的一个重要的分子机制，回答了领域内长期未被解答的一个基础性问题。

此外，该研究也证实了分裂期中Kindlin磷酸化对于染色体的正确分离是必需的，后者对于维持基因组稳定性十分关键，它的失调能够诱发包括癌症在内的多种疾病。事实上，Kindlin-1基因的突变能够在人类中造成Kindler综合征（遗传型大疱性表皮松解症，伴随多发皮肤癌）(3)。该研究也为Kindler综合征的致癌机理提供了一个分子层面上的解释。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41556-022-00886-z

参考文献