黏着斑激酶（FAK，Focaladhesionkinase）是细胞内重要的力学敏感多结构 域蛋白，其通过结构域间的相互协同发挥激酶和支架双重功能，在细胞的增殖、 迁移等过程中发挥重要作用。FAK从N-末端到C-末端依次含有FERM、Kinase 与FAT等三个主要结构域，并分别在FERM与Kinase之间，以及Kinase与FAT 之间含有linker1 与linker2 无序区。目前对FAK结构-功能关系的研究主要集中 在其FERM和Kinase两结构域之间自抑制机理的调控，强调了细胞内膜磷脂分 子PIP2以及FAK自身寡聚在其激活中的作用。但是，作为桥接细胞内膜与细胞 骨架的桥梁分子，细胞骨架重组或者细胞变形势必产生外力进而作用在FAK分 子上，此力如何调控FAK的生物学功能尚不清楚。另外，FAK的C端FAT结构 域一方面通过其与paxillin等骨架相关蛋白的相互作用行使支架功能，另一方面 其磷酸化位点Y925的磷酸化将启动胞内MAPK/ERK信号通路。而外力如何调 控FAT的结构-功能关系也不清楚。基于此，本论文利用多尺度分子动力学模拟 方法结合理论建模系统探究了外力作用下全分子FAK及其FAT结构域的结构响 应，及对其功能的调控。具体工作如下：

        1) 全分子FAK结构在外力下的结构响应。首先本文基于AlphaFold2预测 的人源全分子FAK结构进行平衡分子动力学模拟，结合聚类以及构象自由能形 貌分析确定FAK代表性结构。接着基于FAK代表性结构进行力致去折叠模拟， 通过FAK各结构域端到端距离以及骨架粒子的RMSD变化，表征外力作用下全 分子FAK各结构域的去折叠时序和构象动力学。结果显示：外力作用下，FAT 结构域最不稳定，最先发生去折叠。而且FAT的去折叠过程呈现明显的中间态 特征。

       2) 力致FAT结构域去折叠动力学及其功能。全分子FAK力致去折叠过程 中FAT呈现去折叠中间态。进一步基于FAT单体以及FAT-paxillin复合物进行 FAT的力致去折叠模拟，得到三个典型去折叠中间态I，II，III。而FAT的不同去 折叠中间态将产生两方面功能：一是通过分子对接及结合自由能计算，发现FAT 的去折叠I态会增强其与paxillin的相互作用，该相互作用的增强源于FATN端 的N916-D918，以及paxillin 中 LD2和LD4的E4；二是FAT的去折叠I态到II 态的转换会显著增加其磷酸化位点Y925周围的水分子数，增强其暴露程度，更 容易发生磷酸化。

       3) 调控FAT去折叠动力学及其生物学功能的最优力值区间预测。上述模拟 结果显示：力致FAT去折叠在I态可以增强与paxillin的相互作用，而II态和 III 态可以暴露Y925增强其磷酸化。而外力大小则会通过调控FAT去折叠动力 学进而调控其功能。那么是否存在最优的力值作用区间来有序调控这两方面的 功能呢？基于此，本论文进一步利用分子动力学模拟数据，结合态转移方程和受 体-配体相互作用动力学，在去折叠I态维持的时间尽可能长，从I态到II态的转换时间尽可能短的假设下，预测出FAT在外力作用下实现功能的最优力值区 间是1.5-41.3 pN。

       综上，本论文通过多尺度分子动力学模拟与理论建模相结合的策略，系统考察了黏着斑激酶FAK及其FAT结构域在外力作用下的动态构象变化与功能调控 机制。这些发现深化了对FAK力学敏感特性的认识，为进一步理解FAK分子的 结构-功能关系提供基础数据。