Crystal Structure and Characterization of the two Membrane Proximal Ig-like Domains (D3D4) in Some L

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T细胞通过识别组织相容性复合体(HLA)递呈的多肽抗原来确定被感染细胞。NK细胞监视细胞表面递呈系统的异常,消融那些未被T细胞识别的潜在感染细胞,HLAⅠ类分子结合内源性抗原表位递呈给CD8+CTLs,而HLAⅡ类分子递呈外源性抗原多肽给CD4+辅助性T细胞。很多疾病与HLA基因座有关,其中不乏自身免疫疾病。另外,适应性免疫反应,取决于T细胞对抗原递呈细胞(APC)上MHC分子所递呈的微生物多肽的识别。抗原递呈细胞上与MHC反应的分子包括先天免疫受体家族比如白细胞免疫-样受体(LILRs)。另外,NK细胞上还有一类白细胞免疫球蛋白样受体(LeukocyteImmunoglobulin-Like Receptor,LIR/LILR),这是一类具有高度同源性并且基因位高度连锁的免疫球蛋白受体,又称人白细胞免疫球蛋白样转录子(Immunoglobulin-Like Transcript,ILT)或单核/巨噬细胞免疫球蛋白样受(monocyte/macrophage Ig-like receptor,MIR)或CD85。LILR分子分为激活型受体和抑制型受体两类,包含13个成员,其中有2个假基因,与KIR等NK细胞受体不同,LILR分子广泛分布于NK细胞,T细胞,单核细胞,树突状细胞和B细胞等细胞的表面,传导激活和抑制型信号,在抑制免疫杀伤细胞的杀伤活性、调节树突状细胞(dendritic cell,DC)与T细胞间的信号传递,调控B细胞免疫功能等方面具有重要的生物学意义。分布于多种细胞膜表面LILR家族分子可以通过与其配体的发生相互作用,来传递抑制或者激活性信号。例如,LILRB1和LILRB2可以与经典或者非经典的HLAⅠ类分子结合,LILRB1还可以与一些病毒产生的HLAⅠ类分子类似物结合传递抑制性信号;LILRA可以与BST2(CD317)相互作用,产生激活性信号。  LILR家族13个成员,按照功能来讲,可以分别归类为激活型受体或者抑制型受体,在LILR命名方式中分别以A、B标注,如激活型受体为LILRA1、LILRA2、LILRA3和LILRA4等;抑制型受体为LILRB1、LILRB2和LILRB4等。同时,该家族所有成员都有两个或者四个Ig超家族C2样结构域。拥有两个免疫球蛋白结构域的是LILRB4和LILRA5。目前对LILR家族中的Group1的受体,尤其是其中抑制型的受体,研究的比较充分。已经证实,在LILR家族中,抑制型受体LILRB1/LILRB2可同许多经典的MHCⅠ类分子结合,行使着保护正常细胞免受杀伤的功能。而且,LILRB1/HLA-A2和LILRB2/HLA-G的复合体的晶体结构也已经被解析,通过LILRB1/HLA-A2的复合体结构,可以分析出LILRB1与HLAⅠ类分子的结合位点,利用对整个家族成员在LILRB1与MHC结合的位点相应的氨基酸比对之后,根据同源性的高低可以明显的分为两个小组(Groups)。LILRA1、A2、A3、B1和B2同属于第一小组成员(Group1),在这些位点的同源性达到90%以上。相反的,其他的成员在这些位点的氨基酸保守型都在60%以下,这些LILR成员称为第二小组(Group2),包括LILRA4、A5、A6、B3、B4、B5和两个假基因P1和P2。相对Group1的抑制型受体来说,Group1的激活性受体的研究不多。它们与LILRB1/LILB2两个抑制型的受体的氨基酸序列的同源性高达80%以上,因此推测,这些分子也有可能与HLAⅠ类分子结合。已经有研究报道,除了只LILRA2,Group1的LILR成员都可以与HLAⅠ类分子结合;而LILRA2不能与HLAⅠ类分子结合,其“结构域互换”的二聚体结构的解析也证明了这一点。可LILRA1就是他的结构还没解析的成员。而且他是只与有一HLA-B27结合的LILR中激活性受体。这意味着LILRA1的功能对自身免疫系统有着重要影响。因此,LILRA1的结构的研究显得尤其重要。  本文通过LILRB1和LILRB2与HLAⅠ类分子结合的研究发现,LILR分子是通过的N端的两个结构域D1D2与其配体结合的,因此,大多数关于LILR分子的研究都集中在这两个结构域上。然而,多数的LILR分子的胞外段都具有四个Ig结构域,究竟这四个结构域在胞外的构象是怎样的, D2D3以及D3D4结构域是怎样支撑前两个可以结合配体的结构域的还不得而知;另外,LILR分子的胞外段,也可能结合位于同一个细胞膜上的配体分子(顺式结合),究竟这是怎么实现的。最近,有报导称HLA-B35和不同的抗原肽形成的复合物与LILRB2分子全长的结合力不同,因为LILRB2的D1D2只与HLAⅠ类分子中的保守的α3结构域和β2m发生相互作用,而不与HLAⅠ类分子结合抗原肽的α1和α2的位置发生作用,这就从侧面证明了LILRB2分子的D3D4结构域很可能影响LILRB2与递呈不同多肽的HLAⅠ类分子的结合。所有的这些问题,都可以通过LILR分子全长四个结构域的晶体结构以及D3D4结构域晶体结构的解析来回答。Group2的LILR分子相对于Group1的来讲,研究的更少,多分子的结构及其配体都不清楚。迄今为止,只有分别属于激活性受体和抑制性受体的LILRA5和LILRB4分子的结构被解析,而且这两个分子也是仅有LILR家族中只有两个胞外结构域的分子,但是它们两个的配体分子都还不知道。另外,最新的报导发现位于浆树突状细胞上的激活性受体LILRA4可以与BST2结合,从而影响TLR7和TLR9的功能,其相互作用机理,也需要晶体结构来分析。基于以上的各个相关文献报导,我们设计并进行了相关实验,利用解析部分LILR家族分子的结构来说明以上问题,以及通过功能学实验寻找其配体和它们之间的结合特性。  本研究第一次成功的解析了LILRB1和LILRB2的C端的两个结构域D3D4的结构,并且分析了C端的两个结构域D3D4与HLAⅠ类分子的结合特征。经过Biacore实验的检测,我们发现LILRB1、LILRB2 D3D4结构域能够结合经典和非经典的MHCⅠ类分子,但是与D1D2结构域相比,其亲合力显得要弱。而通过对LILRB1和LILRB2 D3D4结构域的解析,我们发现这种现象可能是由D1D2结构域的多态性氨基酸造成的。通过这个结构的解析,我们对具有4个结构域LILR分子的胞外段构象有了一个直观的了解。同时,我们还用昆虫杆状病毒表达系统成功的得到了LILRA1 D1D2,LILRB2D1D4结构域的可溶性蛋白而且HLA-B27自己二聚体,其晶体的筛选还在进行中。综上所述,我们成功的证明了LILRB1和LILRB2 D3D4分子结构,相对于LILRB1和LILB2D3D4 C端的两个结构域与MHCⅠ类分子的结合亲和力常数弱了很多,并且我们利用LILR分子的D3D4结构域的结构解析,更可能了解了在免疫调节中白细胞免疫球蛋白样受体功能。这是第一对于LILR分子的D3D4相关结构的报导,本研究结果的论文发表在JBC杂志上。另外,我们还通过解析LILR分子D3D4结构域的结构,来说明4个结构域的LILR分子的膜外分布构象,并对D3D4结构域与其配体结合的关系进行了说明。我们成功得到LILRB4晶体并解析了结构,另外在研究中发现,LILRB4的第二个结构域(D2)与其它LILR家族的第四个结构域(D4)更加相似。通过三维结构的研究,发现在其D2结构域中有一个新的310螺旋,而且LILRB4两个结构域的夹角呈现约为107°的钝角,而其他的家族分子约为84-90°。对LILRB4构象和表面电荷分布的分析,证明了它无法像“Group1”中几种LILR分子可以与MHC结合,但其表面有几处明显的疏水区和带电区,很可能是其结合配体的区域。对LILRB4结构的解析,对于针对其结构特点,来设计相应药物靶标,具有重要意义。
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