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鸟苷酸结合蛋白(Guanylate binding proteins,GBPs)是干扰素诱导的鸟苷三磷酸酶(Guanosine triphosphatases,GTPases)超家族中的一个子家族。其与dynamin超家族蛋白具有同源性,都具有一个N端GTP酶结构域以及一个C端螺旋结构域。GBPs在干扰素相关的细胞自主免疫中发挥重要的作用,广泛参与宿主对病毒、细菌以及原生动物的免疫反应。GBP5作为GBPs中的重要一员,在近年来逐渐成为研究的热点。研究发现,GBP5可以通过干扰病毒包膜粒子的成熟来抑制逆转录病毒如HIV-1对宿主的感染。此外,GBP5可以通过与NLRP3的特异性结合,激活其介导的炎症通路以实现对侵染的病原体细菌的清除。虽然突变研究表明,GBP5的聚合对其免疫功能的发挥十分重要,但由于缺乏相应的结构信息,GBP5发挥免疫功能的分子机制仍不明确。在本论文中,我们综合利用结构生物学和生物化学等手段对GBP5展开研究。首先解析了其单体结构,发现其具有与dynamin超家族蛋白类似的结构特点,都包含一个球形GTP酶结构域和一个伸长的螺旋结构域,且在不结合核苷酸的情况下,整个分子表现为一种闭合的构象。其次,我们解析了GBP5头部的GTP酶结构域的水解中间态结构,分析了其水解GTP的分子机制,比较了其与GBP1在水解机制上的不同,并发现在核苷酸诱导下,GTP酶结构域的构象变化以及形成二聚体的模式。最后,我们解析了GBP5的水解中间态结构。通过与单体结构进行比较,我们发现了GBP5的螺旋结构域在水解诱导下形成二聚体的模式。在水解过程中,两个GBP5分子首先通过GTP酶结构域形成了“面对面”的二聚体界面;随后,连接GTP酶结构域以及螺旋结构域的linker发生了构象上的扭转,并导致了螺旋结构域在空间上的巨大位移;移动后的两个螺旋结构域竖直平行分布在GTP酶结构域的下方,并通过其顶端和末端分别与相邻分子的GTP酶结构域以及螺旋结构域形成二聚体界面。小角散射数据证实该新发现的二聚体模式普遍存在于GBPs家族,这项发现为深入理解GBPs在免疫应答中发挥功能的分子机制奠定了重要的结构基础。