インテグリンα5β1の金属イオンとリガンド結合

インテグリンα5β1は、リガンドフィブロネクチンのArg-Gly-Asp（RGD）モチーフに結合します。4ドメインα5β1ヘッドピースフラグメントの高解像度結晶構造を、単独または結晶に浸したRGDペプチドとRGDペプチド親和性測定を報告します。ヘッドピースは、閉じた立体構造を安定化することによりリガンド結合をアロステリックに阻害するファブと複合したα5β1について、以前に見られた閉じた立体構造で結晶化します。浸漬実験では、線形RGDペプチドよりも20倍高い親和性を伴う環状RGDペプチドの結合が、β1-サブユニットβIドメインのコンフォメーション変化を誘導し、閉じた（低親和性）とオープン（高親和性）の中間（高い親和性）の状態に誘導されることを示しています。対照的に、線形RGDペプチドの結合は形状のシフトを誘発しません。ただし、線形ペプチド結合は、浸漬中にCa（2+）が枯渇すると形状のシフトを誘導します。Ca（2+）は、金属イオン依存性接着部位（ADMIDAS）に隣接する形状の軌跡、占有率の移動と減少の中で、CA（2+）が枯渇した場合に測定されたRGDの親和性の増加と相関すると相関します。結果は、AdmidasへのCa（2+）の結合が、低親和性の閉じた立体構造でインテグリンを安定化することを直接示しています。4ドメインと6ドメインのヘッドピースコンストラクト間の親和性の比較は、柔軟なインテグリン脚ドメインが立体構造の平衡に寄与することを示唆しています。異なる方向のプレキシンセマフォリン - インテグリン（PSI）ドメインを使用したハイブリッドドメイン界面の高解像度ビューは、カルボニル酸素が並んだPSIドメインソケットで揺れるハイブリッドドメインのARGサイドチェーンとのボールとソケットのジョイントを示しています。

Integrin α5β1 binds to an Arg-Gly-Asp (RGD) motif in its ligand fibronectin. We report high-resolution crystal structures of a four-domain α5β1 headpiece fragment, alone or with RGD peptides soaked into crystals, and RGD peptide affinity measurements. The headpiece crystallizes in a closed conformation essentially identical to that seen previously for α5β1 complexed with a Fab that allosterically inhibits ligand binding by stabilizing the closed conformation. Soaking experiments show that binding of cyclic RGD peptide with 20-fold higher affinity than a linear RGD peptide induces conformational change in the β1-subunit βI domain to a state that is intermediate between closed (low affinity) and open (high affinity). In contrast, binding of a linear RGD peptide induces no shape shifting. However, linear peptide binding induces shape shifting when Ca(2+) is depleted during soaking. Ca(2+) bound to the adjacent to metal ion-dependent adhesion site (ADMIDAS), at the locus of shape shifting, moves and decreases in occupancy, correlating with an increase in affinity for RGD measured when Ca(2+) is depleted. The results directly demonstrate that Ca(2+) binding to the ADMIDAS stabilizes integrins in the low-affinity, closed conformation. Comparisons in affinity between four-domain and six-domain headpiece constructs suggest that flexible integrin leg domains contribute to conformational equilibria. High-resolution views of the hybrid domain interface with the plexin-semaphorin-integrin (PSI) domain in different orientations show a ball-and-socket joint with a hybrid domain Arg side chain that rocks in a PSI domain socket lined with carbonyl oxygens.