黑龍江經(jīng)濟網(wǎng)訊（黑龍江日報全媒體見習(xí)記者董廣碩 商祺）近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)生命學(xué)院黃志偉教授課題組以“膽固醇通過直接限制TCR-CD3核心通道的構(gòu)象變化抑制T細胞受體激活”為題，在《分子細胞》（Molecular Cell）上發(fā)表研究論文，該研究揭示了膽固醇抑制T細胞受體活性的分子機制。
研究相關(guān)示意圖
T細胞是脊椎動物適應(yīng)性免疫的重要細胞，在病毒感染、癌癥以及自體免疫疾病中起著關(guān)鍵作用。T細胞通過其TCR-CD3受體復(fù)合物特異性識別抗原，將胞外的抗原識別信號跨膜傳遞到T細胞內(nèi)，激活胞內(nèi)的適應(yīng)性免疫信號通路，啟動免疫反應(yīng)。2019年，該課題組在《自然》（Nature）上發(fā)表了題為“人T細胞受體-共受體復(fù)合物組裝的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”（Structural basis of assembly of the human TCR-CD3 complex）的研究文章，首次解析了人T細胞受體復(fù)合物（包含全部8個亞基）的高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了TCR-CD3亞基在膜外側(cè)以及膜內(nèi)識別、組裝成功能復(fù)合物的分子機制。但一直以來，T細胞受體如何將胞外抗原信號傳遞到胞內(nèi)激活T細胞的這一關(guān)鍵機制的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)并不清楚。
在這項研究中，該課題組解析了人源野生型、硫酸膽固醇結(jié)合型以及組成型激活的3種狀態(tài)的TCR-CD3復(fù)合物的高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。首先通過解析3.2埃的野生型TCR-CD3復(fù)合物的高分辨率結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)兩個膽固醇分子結(jié)合在TCR-CD3復(fù)合物的跨膜螺旋圍成的通道內(nèi)（課題組稱之為“膽固醇結(jié)合通道”，通過質(zhì)譜、解析硫酸膽固醇結(jié)合的TCR-CD3復(fù)合物、放射性標(biāo)記膽固醇競爭性實驗，證實TCR膽固醇結(jié)合通道結(jié)合的是膽固醇分子）。在該靜息態(tài)的TCR復(fù)合物結(jié)構(gòu)中，CD3ζ亞基跨膜螺旋的中間至C端和TCR其他亞基的互作主要由兩個尾部相連的膽固醇二聚體分子介導(dǎo)，膽固醇二聚體分子就像閂鎖將CD3ζ的跨膜α螺旋鎖定在非活性的構(gòu)象狀態(tài)。
之后，課題組基于TCR結(jié)構(gòu)產(chǎn)生系列突變體以阻斷其與膽固醇結(jié)合，功能實驗發(fā)現(xiàn)TCR突變體獲得了不依賴抗原的CD3ζ亞基胞內(nèi)區(qū)的磷酸化，說明突變體具有組成型激活的能力。為進一步研究這些突變體組成型激活的機制，該課題組解析了其中一個組成型激活的突變體（TCRβ L281A/L285A）的結(jié)構(gòu)，分析發(fā)現(xiàn)該突變體的膽固醇結(jié)合通道中的膽固醇二聚體分子結(jié)合被打破，將該突變體和野生型TCR復(fù)合物結(jié)構(gòu)進行比較，發(fā)現(xiàn)該突變體在CD3ζ跨膜螺旋近C端區(qū)發(fā)生顯著的構(gòu)象變化，勢必帶動與C端緊密相連的CD3ζ胞內(nèi)尾巴發(fā)生構(gòu)象變化，暴露出其磷酸化位點，進而激活胞內(nèi)信號通路。
TCR復(fù)合物作為T細胞識別抗原、啟動免疫反應(yīng)的關(guān)鍵分子，其激活活性受到精確調(diào)控，以免在沒有抗原結(jié)合或非特異性抗原結(jié)合后引發(fā)非特異性的激活，進而導(dǎo)致自免疫反應(yīng)。因此，在未結(jié)合抗原時，TCR通過結(jié)合膽固醇分子使其維持在靜息態(tài)構(gòu)象，結(jié)合特異性抗原后，觸發(fā)TCR構(gòu)象變化，解除膽固醇對TCR的構(gòu)象限制，從而激活TCR。該研究通過捕捉到TCR在靜息和激活兩種狀態(tài)的構(gòu)象，揭示膽固醇限制TCR活性的機制，對認識TCR從靜息狀態(tài)到激活狀態(tài)的構(gòu)象變化提供結(jié)構(gòu)和理論依據(jù)，同時為理性設(shè)計靶向TCR調(diào)控T細胞活性的新型免疫療法，治療自免疫等疾病具有重要意義。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)生命學(xué)院黃志偉教授為通訊作者。生命學(xué)院博士后陳彥、朱玉威副研究員、博士生李想和本科生高文博為論文的共同第一作者。生命學(xué)院博士生甄梓期、博士后董德、本科生黃不了、張帆研究員和電鏡平臺馬卓、張安琪、郭長友參與該研究的部分工作。北京生命科學(xué)研究所宋小翠和馬燕老師進行了質(zhì)譜工作。本項目受到黑龍江省頭雁團隊原創(chuàng)探索基金和國家自然科學(xué)基金的資助。
