氢键网络的可塑性调控细胞粘附复合物的机械化学

作用于细胞粘附受体蛋白的机械力通过与配体形成和断裂非共价相互作用来调节一系列细胞功能。通常，力会缩短完整复合物的寿命（滑移键），因此发现这些寿命也可以延长（捕获键）令人惊讶。我们创建了一个微观解析理论，通过将选择素和整合素受体的结构纳入基于随机方程理论的概念框架，定量解释了广泛的实验数据（包括低力下的捕获键和高力下的滑移键）。捕获键的产生归因于力诱导的氢键网络重构，这一发现也解释了结构上不相关的整合素 - 纤连蛋白和肌动球蛋白复合物中的解离现象。对于选择素家族，氢键网络的重构驱动了变构转变，导致形成最大数量的氢键，该数量仅由受体结构决定且与配体无关。类似的转变使我们能够预测 $\alpha_5 \beta_1$ 整合素 - 纤连蛋白复合物在特定变构状态下氢键数量的增加，该构象尚未被结晶。我们还做出了一个可验证的预测：与选择素相关的配体中的单点突变 (Tyr51Phe) 应显著改变捕获键的性质（相较于野生型）。我们的工作表明，自然界利用具有延展性的氢键网络在广泛的力范围内实现功能工程。