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學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞研究》（Cell Research）在線發(fā)表了中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所研究員許琛琦研究組與南京大學(xué)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(fù)合物胞內(nèi)段的結(jié)構(gòu)動態(tài)性，為TCR復(fù)合物傳導(dǎo)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(xì)胞能夠清除病原體和感染病變的細(xì)胞。T細(xì)胞抗原受體（T-cell receptor， TCR）是T細(xì)胞識別“自我”和“非我”物質(zhì)的主要受體，可以和抗原呈遞細(xì)胞（APC）表面特定的peptide-MHC復(fù)合物（pMHC）結(jié)合來發(fā)揮作用。ab TCR復(fù)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(fù)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(fù)電）的細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)相互作用，使得其ITAM被磷脂保護(hù)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(xì)胞活化初期，內(nèi)流的Ca2+可以通過中和細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)的酸性磷脂所帶的負(fù)電荷，幫助那些未結(jié)合抗原的TCR復(fù)合物的胞內(nèi)段從細(xì)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(xì)胞膜磷脂對TCR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的重要調(diào)控作用。此外，TCR復(fù)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(xì)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(xué)問題，在許琛琦、曹毅的聯(lián)合指導(dǎo)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(yùn)用多種技術(shù)手段，分析了TCR復(fù)合物胞內(nèi)段與細(xì)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(xì)胞膜內(nèi)側(cè)相互作用的力學(xué)特征。研究發(fā)現(xiàn)，CD3eCD從細(xì)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(xì)胞膜結(jié)合的位點(diǎn)。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(diǎn)。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(diǎn)區(qū)域的氨基酸殘基PRE效應(yīng)相對較低，這進(jìn)一步驗證了次級膜結(jié)合位點(diǎn)的存在。而將該結(jié)合位點(diǎn)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(qiáng)度抗原刺激下CD3eCD從細(xì)胞膜上解離的程度，發(fā)現(xiàn)在不同強(qiáng)度的抗原刺激下，CD3eCD從細(xì)胞膜上的解離程度的確存在差異。這表明，不同強(qiáng)度的抗原確實(shí)可以使CD3eCD處于不同的構(gòu)象態(tài)。這些實(shí)驗證明，膜脂依賴的TCR復(fù)合物構(gòu)象動態(tài)特征很可能是TCR復(fù)合物傳導(dǎo)不同刺激信號的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。