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學術(shù)期刊《細胞研究》（Cell Research）在線發(fā)表了中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所研究員許琛琦研究組與南京大學教授曹毅合作完成的研究成果Lipid-dependent conformational dynamics underlie the functional versatility of T-cell receptor。該研究揭示了TCR復合物胞內(nèi)段的結(jié)構(gòu)動態(tài)性，為TCR復合物傳導不同刺激信號提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

在獲得性免疫系統(tǒng)中，T細胞能夠清除病原體和感染病變的細胞。T細胞抗原受體（T-cell receptor， TCR）是T細胞識別“自我”和“非我”物質(zhì)的主要受體，可以和抗原呈遞細胞（APC）表面特定的peptide-MHC復合物（pMHC）結(jié)合來發(fā)揮作用。ab TCR復合物由TCRab異源二聚體、CD3eg、CD3ed和CD3zz 組成。TCR與pMHC結(jié)合后，會引起TCR復合物中CD3分子胞內(nèi)段免疫酪氨酸基序（immunoreceptor tyrosine-based activation motifs， ITAMs）中酪氨酸殘基的磷酸化，隨后開啟下游信號。這個過程可以分為兩個階段，*階段是TCR由結(jié)構(gòu)關(guān)閉到結(jié)構(gòu)打開的轉(zhuǎn)換，第二階段是由TCR結(jié)構(gòu)打開到ITAMs磷酸化的激活態(tài)。許琛琦之前的工作表明，CD3e和CD3z的胞內(nèi)段含有堿性氨基酸富集區(qū)（Basic Rich Sequences， BRS，帶正電），這些BRS可以通過電荷相互作用與富含酸性磷脂（帶負電）的細胞膜內(nèi)側(cè)相互作用，使得其ITAM被磷脂保護起來，免于被下游的激酶磷酸化 (Xu et al.， Cell， 2008)。隨后他們發(fā)現(xiàn)，在T細胞活化初期，內(nèi)流的Ca2+可以通過中和細胞膜內(nèi)側(cè)的酸性磷脂所帶的負電荷，幫助那些未結(jié)合抗原的TCR復合物的胞內(nèi)段從細胞膜上解離下來，從而發(fā)生磷酸化并放大初始的TCR信號 (Shi et al.， Nature， 2013)。這些研究證明了細胞膜磷脂對TCR信號轉(zhuǎn)導的重要調(diào)控作用。此外，TCR復合物在接受不同的抗原刺激時會產(chǎn)生不同的下游信號，從而引起不同的T細胞免疫反應(yīng)，但產(chǎn)生這種功能多樣性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)依然不甚清楚。

為了探究該科學問題，在許琛琦、曹毅的聯(lián)合指導下，博士后郭興東、博士研究生閆成松、副研究員李華、博士研究生黃文茂等人運用多種技術(shù)手段，分析了TCR復合物胞內(nèi)段與細胞膜磷脂結(jié)合的結(jié)構(gòu)動態(tài)性。首先，他們利用單分子原子力顯微鏡（AFM），檢測CD3e 胞內(nèi)段（CD3eCD）與細胞膜內(nèi)側(cè)相互作用的力學特征。研究發(fā)現(xiàn)，CD3eCD從細胞膜解離的過程中會產(chǎn)生特異的力譜；除了單峰力事件外，還有一定比例的雙峰力事件，這表明CD3eCD中很可能存在兩個與細胞膜結(jié)合的位點。研究人員通過計算發(fā)現(xiàn)，除了之前鑒定的BRS區(qū)域外，在脯氨酸富集區(qū) (Proline Rich Sequences， PRS) 和ITAM前半部分區(qū)域還存在一個較弱的次級膜結(jié)合位點。為了驗證該推測，他們隨后使用核磁共振（NMR），結(jié)合溶液PRE（solvent paramagnetic resonance enhancement）試劑TEMPOL，測定與磷脂結(jié)合的CD3eCD的構(gòu)象動態(tài)特征。結(jié)果顯示次級膜結(jié)合位點區(qū)域的氨基酸殘基PRE效應(yīng)相對較低，這進一步驗證了次級膜結(jié)合位點的存在。而將該結(jié)合位點中的堿性殘基和疏水殘基突變后，發(fā)現(xiàn)CD3eCD前半段依舊與磷脂結(jié)合而后半段卻從磷脂上解離下來。zui后，他們利用全內(nèi)反射熒光顯微鏡（TIRFM）和熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）技術(shù)，檢測不同強度抗原刺激下CD3eCD從細胞膜上解離的程度，發(fā)現(xiàn)在不同強度的抗原刺激下，CD3eCD從細胞膜上的解離程度的確存在差異。這表明，不同強度的抗原確實可以使CD3eCD處于不同的構(gòu)象態(tài)。這些實驗證明，膜脂依賴的TCR復合物構(gòu)象動態(tài)特征很可能是TCR復合物傳導不同刺激信號的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。