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甲状腺激素结合蛋白(TBG)对T4有很紧密的结合力,解离常数(Kd)大概0.1 nM。在原始状态下,它结合75%的血清中T4和T3,作为甲状腺外甲状腺激素的储存地。TBG在活性中心环(RCL)被切断后能够主动的在局部区域释放甲状腺激素。甲状腺激素的结合释放受控于基于折叠片A和活性环配置的别构机制。为了研究活性环的变化是怎样被传递到激素结合位点,我们开发了一种敏感的荧光方法用来测量TBG的结合力。甲状腺激素-6-羧基核黄素(命名为T4-6-CF)被合成。它对TBG的结合力较低,但是在结合位点和未修饰的甲状腺激素有相同的结合方向和接触点。当TBG的构象改变后,T4-6-CF和T4有相似的Kd变化倍数(5.5倍相对5.0倍)。T4-6-CF能够代表T4和TBG的结合特点。我们通过结晶和点突变的方法研究别构效应传递过程。螺旋D和折叠片A中第二条链的连接环(hD-s2A连接环)的缩短导致了Kd增加(24.9nM相对于正常的2.2nM)和活性环切断后Kd变化倍数的减小(2倍相对于正常5.5倍)。关键性氨基酸取代,例如折叠片B第二第三条链连接环(s2/3B连接环)上的赖氨酸243(Lys243)和第四第五条链连接环(s4/5B连接环)上的精氨酸378(Arg378),产生类似的Kd变化。总的来说,RCL和折叠片A的配置情况影响了hD-s2A连接环。这个连接环被联系到s2/3B连接环,特别是Lys243,接着s2/3B连接环和s4/5B连接环相互作用,特别是和Arg378,它直接位于结合位点的一侧。这些环之间紧密堆积使得折叠片A的伸展可以通过hD-s2A连接环,s2/3B连接环和Arg378被传递,从而导致结合位点不稳定。这有利于紧密结合T4的释放。另一条传递通路受到精氨酸381(Arg381)和相关芳环之间阳离子π电子相互作用的调节。Arg381被一系列氨基酸取代。赖氨酸381变体结合能力提高(0.25nM相对于正常的1.69nM)。其他变体,例如谷氨酰胺381结合能力降低(212.45nM相对于正常的1.69nM)。关键络氨酸20(Tyr20)被丙氨酸取代。在原始状态下,这个变体Kd没有发生变化(1.67nM相对于正常的1.69nM),但是在酶切之后,Kd值变化倍数减小(6.13倍相对于正常的14.45倍)。TBG和酶切TBG之间晶体结构的叠加及可接处面积的比较显示酶切后螺旋A发生了拧转。总得来说,在没有配体结合的原始状态下,Tyr20远离结合位点不能够和Arg381形成阳离子π电子相互作用。易变的Arg381在结合位点盘旋阻止了非芳香族配体结合。一旦有芳香族配体靠近,阳离子π电子相互作用形成,Arg381被再定位,结合位点打开,配体被适配到结合位点,阳离子π电子相互作用被保留并加强了配体结合。一旦TBG活性环被切断,螺旋A发生扭转,Tyr20被再定位,变得足够接近结合位点能够和Arg381形成阳离子π电子相互作用。Tyr20竞争Arg381形成阳离子π电子相互作用,削弱了Arg381和配体之间的阳离子π电子相互作用并降低了TBG对配体的结合力。这导致配体被释放。螺旋A扭转和RCL插入折叠片A可能是通过赖氨酸302和谷氨酸40之间的离子键被联系起来,这两个氨基酸在已知的物种中都非常保守。我们还研究温度变化是怎样影响甲状腺激素释放。22℃,37℃,39℃,42℃条件下的Kd值被测量。随着温度增加,Kd值逐渐增加。37℃时Kd被设为对照。Kd值温度敏感性被表示为KdT/Kd37随温度变化率。很明显,Kd值在37℃到39℃范围对温度最敏感。存在于生活在干旱炎热地带澳大利亚土著人中的TBG变体(丙氨酸191被丝氨酸取代),已经进化以适应这种酷热气候。这种高频TBG-Ala191Thr变体温度敏感性很弱。总得来说,TBG参与了在体温变化过程中游离态自由T4的调控。这种精细的调控是经典下丘脑／垂体／甲状腺调控轴的补充。极端气候下TBG变体证明了TBG对游离T4的调控对于体温在新设定点的平衡是重要的。TBG的调控是基于蛋白质运动。活性环上下翻转和TBG扭转调控甲状腺激素结合。温度变化影响这两种运动从而导致甲状腺激素结合或释放。总之,我们研究了切断状态TBG和原始态TBG中激素结合释放的机制。TBG酶切释放机制的理解有助于我们设计出基于TBG的药物靶向传输系统。而原始态TBG激素释放的研究告诉我们TBG参与了体温变化过程中游离态T4的调控,它是经典下丘脑／垂体／甲状腺调控轴的补充。