Force sensing at cadherin-mediated adhesions is critical for their proper function. α-Catenin, which links cadherins to actomyosin, has a crucial role in this mechanosensing process. It has been hypothesized that force promotes vinculin binding, although this has never been demonstrated. X-ray structure further suggests that α-catenin adopts a stable auto-inhibitory conformation that makes the vinculin-binding site inaccessible. Here, by stretching single α-catenin molecules using magnetic tweezers, we show that the subdomains MI vinculin-binding domain (VBD) to MIII unfold in three characteristic steps: a reversible step at ~5 pN and two non-equilibrium steps at 10–15 pN. 5 pN unfolding forces trigger vinculin binding to the MI domain in a 1:1 ratio with nanomolar affinity, preventing MI domain refolding after force is released. Our findings demonstrate that physiologically relevant forces reversibly unfurl α-catenin, activating vinculin binding, which then stabilizes α-catenin in its open conformation, transforming force into a sustainable biochemical signal. At cell–cell adhesions, α-catenin contains a cryptic vinculin-binding site. Here, Yao et al. demonstrate, using magnetic tweezers, that physiologically relevant forces unfurl α-catenin to reveal the vinculin-binding site, and allow the reversible binding of vinculin to mechanically reinforce the adhesion.

ABSTRACT Central to T cell biology, the T cell receptor (TCR) integrates forces in its triggering process upon interaction with peptide-major histocompatibility complex (pMHC) 1-3 . Phenotypically, forces elicit TCR catch-slip bonds with strong pMHCs but slip-only bonds with weak pMHCs 4-10 . While such correlation is commonly observed, the quantitative bond pattern and degree of “catchiness” vary. We developed two models based on the structure, elastic properties, and force-induced conformational changes of the TCR–pMHC-I/II complexes to derive from their bond characteristics more intrinsic parameters that underlie structural mechanisms, predict T cell signaling, and discriminate antigens. Applying the models to 55 datasets of 12 αβTCRs and their mutants interacting with corresponding pMHCs without coreceptor engagement demonstrated the ability for structural and physical parameters to quantitatively integrate and classify a broad range of bond behaviors and biological activities. Comparing to the generic two-state model for catch-slip bond that also fits the data, our models can distinguish class I from class II MHC systems and their best-fit parameters correlate with the TCR/pMHC potency to trigger T cell activation, which the generic model cannot. The models were tested by mutagenesis using structural analysis, bond profile measurement, and functional assay of a MHC and a TCR mutated to alter conformation changes. The extensive comparisons between theory and experiment provided strong validation of the models and testable hypothesis regarding specific conformational changes that control bond profiles, thereby suggesting structural mechanisms for the inner workings of the TCR mechanosensing machinery and plausible explanation of why and how force may amplify TCR signaling and antigen discrimination.

Background: As the most common subtype of colorectal cancer, colorectal adenocarcinoma (COAD) still needs better prognostic stratification methods and new intervention targets. The mitochondrial stress response, linked to mitochondrial homeostasis and cancer metabolism, warrants further investigation. Methods: We identified mitochondrial oxidative stress-related genes (MOS) associated with COAD prognosis through the TCGA and GEO databases. Molecular subtype characteristics were identified based on MOS gene signatures, and an MOS scoring system was established to comprehensively evaluate its clinical value. Additionally, the effect of one of the screened genes, NDRG1, was investigated through a series of in vitro experiments, including Western blot, qRT-PCR, CCK8 assay, clone formation, and Transwell assay, to explore its impact on COAD proliferation and migration ability. Results: Our analysis revealed that MOS gene signatures effectively distinguished molecular subtypes of COAD, and the MOS scoring system was found to be independent in predicting prognosis. Evaluation of microenvironment infiltration characteristics, mutation characteristics, immunotherapy response, and drug sensitivity analysis further suggested the potential clinical utility of this study. in vitro experimental results showed that NDRG1 significantly affected the proliferation and migration of COAD cells, partially verifying the reliability of our bioinformatics analysis. Conclusion: This study provides a novel perspective on the role of mitochondrial oxidative stress in COAD, proposing innovative prognostic evaluation methods and potential therapeutic targets, thus offering new directions for the clinical treatment of COAD.

ABSTRACT The T-cell receptor (TCR) complex comprises TCRαβ, CD3γε, CD3δε, and CD3ζζ. TCRαβ engagement with peptide-bound major histocompatibility complex (pMHC) triggers CD3 phosphorylation, which is regulated by mechanical force. However, the inner workings of the TCR mechanotransduction machinery remains unclear. TCR ectodomain (ECD) interactions have been inferred from structural and mutagenesis studies. Due to their extreme weakness, however, direct measurements of affinity had failed and of force regulation have never been attempted. Here we measured two-dimensional affinities and force-dependent lifetimes of interactions among TCRαβ, CD3γε, and CD3δε ECDs, showing a cooperative CD3δε–TCRαβ–CD3γε catch bond with longer- lasting lifetime that exceeds the TCR–pMHC bond lifetime. Molecular dynamics stimulations revealed a central interacting region surrounded by TCR ECDs and identified critical interacting residues at their interfaces. Interfering TCR ECD interactions by antibodies impaired TCR–pMHC interaction and T cell function. Mutating residues that mediate TCR ECD cis -interactions with CD3s altered the catch bond of TCR–pMHC trans -interaction, which correlates with changed T cell cytokine production. Thus, TCR mechanotransduction is supported by cooperative TCR ECD interactions, which regulates T cell function. Our results provide a missing link between pMHC ligation and CD3 signaling and may guide future TCR engineering design for immunotherapies.