2019年9月17日 星期二

高宁研究组在nature上发表合作论文首次揭示人T细胞受体-共受体复合物组装的分子机制

2019年8月28日,高宁研究组与哈尔滨工业大学黄志伟课题组联合在Nature上以长文形式发表了题为Structural basis of assembly of the human TCR-CD3 complex(人T细胞受体-共受体复合物组装的结构基础)的研究文章。该研究首次解析了人T细胞受体-共受体(TCR-CD3)复合物(包含全部8个亚基)的高分辨率冷冻电镜结构,通过对结构分析,揭示了TCR和CD3亚基在膜外侧以及膜内识别、组装成功能复合物的分子机制,从而回答了免疫领域关于T细胞受体结构的基础科学问题,而且对解析T细胞活化的分子机制具有重要的科学意义,同时也为开发基于T细胞受体的免疫疗法提供关键结构基础。

 

T细胞是脊椎动物适应性免疫系统的关键细胞,在病毒感染、癌症以及自体免疫疾病中起着关键作用。T细胞免疫反应包括由TCR(T cell receptor)首先识别抗原呈递细胞(APC)上结合了抗原肽的MHC复合物(pMHC),然后TCR通过其结合的共受体(CD3)将抗原信号传递到CD3的ζ亚基的胞内ITAM区域,进而启动T细胞内级联免疫信号通路杀死病原感染细胞或肿瘤细胞。

大多数成熟T细胞(约95%)的TCR由通过二硫键相连的α和β两条异二聚体肽链组成,TCRα/β的可变区(Vα和Vβ)负责识别抗原信号,TCRα/β与含有γ/ε、δ/ε和ζ/ζ六个亚基进行信号传递的共受体CD3组成TCR-CD3受体复合物,该复合物决定着T细胞的发育、激活以及对病原的免疫反应。在过去的二十年中,人们对TCR胞外可变区如何识别各种抗原进行了很深入的研究,但作为细胞免疫基础科学问题之一的TCR-CD3复合物组装以及信号转导的结构基础仍然未知。

本研究中研究人员首先对不同人的细胞库进行目的TCR的筛选确定研究的对象,接着通过化学交联办法纯化蛋白复合物样品,接着通过冷冻电镜解析了第一个来源于人的TCRα/β-CD3复合物的3.7 Å的高分辨率结构(图1)。该TCR-CD3复合物结构包含完整的胞外结构域(ECD)以及所有跨膜区域。该TCR-CD3复合物结构显示其由1:1:1:1的TCRα/β:CD3γ/ε:CD3δ/ε:CD3ζ/ζ八聚体亚基组装形成,这与之前的生化研究结果一致。

图1、TCR-CD3复合物的整体结构图

图1、TCR-CD3复合物的整体结构图

 

TCR-CD3复合物的胞外区域由TCRα/β的恒定区以及连接胞外和膜内的连接肽结合CD3的γ/ε和δ/ε两个二聚体模块组装而成,TCR-CD3复合物胞外区域的组装在接近细胞膜的外侧形成类三次对称的结构,TCRβ亚基的恒定区位于该三次对称结构的中心位置。CD3膜内部分由ζ/ζ亚基的两个跨膜螺旋和γ/ε以及δ/ε亚基的跨膜螺旋结合形成桶状构象。TCR-CD3复合物膜内组装由TCRα/β的两个跨膜螺旋通过疏水和电荷作用插入CD3筒状跨膜结构中形成(图2)。所以,TCR-CD3各亚基近膜侧的连接肽以及膜内区域的强相互作用对整个复合物的组装起着关键作用。有趣的是,将该复合物结构与结合有pMHC的TCRα/β胞外的区域结构比较发现pMHC的结合并没有引起TCRα/β结构的明显变化。

图2、TCR-CD3复合物细胞膜内组装的细节图

图2、TCR-CD3复合物细胞膜内组装的细节图

 

 

 

原文链接:https://doi.org/10.1038/s41586-019-1537-0