橋聯(lián)分子TTR-52的結(jié)構(gòu)圖
6月15日，Genes & Development雜志發(fā)表了中科院生物物理研究所劉迎芳實驗室和北京生命科學(xué)研究所（NIBS）王曉晨實驗室的合作研究成果——Structural Study of TTR-52 Reveals the Functional Mechanisms of a Bridging Molecule in Apoptotic Cell Engulfment。該工作通過結(jié)構(gòu)和功能研究，揭示了在秀麗線蟲凋亡細胞的清除過程中，橋聯(lián)分子TTR-52介導(dǎo)吞噬細胞識別凋亡細胞的作用機制。
細胞凋亡后需要被及時清除以維持機體平衡。在線蟲中，TTR-52是一個介導(dǎo)凋亡細胞和吞噬細胞的橋聯(lián)分子，通過識別凋亡細胞上外翻的磷脂酰（ PS ）來識別凋亡細胞，同時TTR-52也可以結(jié)合吞噬細胞上的受體CED-1，進而介導(dǎo)凋亡細胞的吞噬。從序列分析來看，TTR-52類似于transthyretin，一種甲狀腺激素結(jié)合蛋白。但是過去報道的transthyretin都不具有這種介導(dǎo)凋亡細胞吞噬的功能。為了研究TTR-52的分子機制，研究人員希望得到TTR-52的晶體結(jié)構(gòu)。在研究初期，重組表達的TTR-52蛋白非常容易聚集成不均一的高聚體，這給結(jié)晶工作帶來很大的困擾。通過Alanine scanning方法篩選大量的突變體，研究人員zui終發(fā)現(xiàn)一個突變體可以形成少量穩(wěn)定的二聚體，經(jīng)過晶體篩選，zui終解析了這個突變體的晶體結(jié)構(gòu)。并以此突變體為依據(jù)，構(gòu)建了野生型蛋白的結(jié)構(gòu)模型，并進行了功能分析和實驗印證。
晶體結(jié)構(gòu)顯示，TTR-52分子形成一個開放的β桶結(jié)構(gòu)，與含有8個β折疊片的β桶和β三明治結(jié)構(gòu)都不同，TTR-52由7個β折疊片組成。TTR-52的C端因為缺少一個β折疊片，造成部分疏水核心暴露，這種*的結(jié)構(gòu)特征暗示其具有生物學(xué)意義。隨后的體內(nèi)和體外實驗都證明，TTR-52利用該疏水區(qū)域與吞噬受體CED-1結(jié)合。此外，TTR-52的第二、第三個loop區(qū)域形成一個杯裝的正電區(qū)，這和transthyretin很不同，卻和其他PS結(jié)合蛋白如PKCα, TIM4具有類似之處。經(jīng)過突變實驗，研究發(fā)現(xiàn)TTR-52的這兩個loop區(qū)域可以通過陽離子介導(dǎo)PS的結(jié)合，從而識別凋亡細胞;此外，晶體結(jié)構(gòu)中還觀察到TTR-52可以形成背靠背的二體，在該二體界面上進行突變可以將二體打開，但是該單體蛋白介導(dǎo)凋亡細胞吞噬的功能大大下降，該結(jié)果暗示由二體作為基本單元可能是TTR-52發(fā)揮功能的形式。
該研究不僅揭示了線蟲細胞凋亡中TTR-52介導(dǎo)吞噬細胞識別凋亡細胞的作用機制，而且對了解其他高等生物中橋連分子介導(dǎo)的凋亡細胞吞噬機制也有一定指導(dǎo)作用。
中科院生物物理所康彥勇博士、梁歡歡博士和NIBS趙東風(fēng)博士為本文的共同*作者。王曉晨博士與劉迎芳研究員為共同通訊作者。此外，其他一些人員也在研究過程中提供了幫助和建議。該項工作得到、基金委、中國及北京市政府等方面的資助。
原文摘要：
Structural study of TTR-52 reveals the mechanism by which a bridging molecule mediates apoptotic cell engulfment
During apoptosis, apoptotic cells are removed by professional phagocytes or neighboring engulfing cells either directly through phagocytic receptors or indirectly through bridging molecules that cross-link dying cells to phagocytes. However, how bridging molecules recognize “eat me” signals and phagocytic receptors to mediate engulfment remains unclear. Here, we report the structural and functional studies of Caenorhabditis elegans TTR-52, a recently identified bridging molecule that cross-links surface-exposed phosphatidylserine （PtdSer） on apoptotic cells to the CED-1 receptor on phagocytes. Crystal structure studies show that TTR-52 has an open β-barrel-like structure with some similarities to the PKCα-C2 domain. TTR-52 is proposed to bind PtdSer via an “ion-mediating” PtdSer-binding mode. Intensive functional studies show that CED-1 binds TTR-52 through its N-terminal EMI domain and that the hydrophobic region of the TTR-52 C terminus is involved in this interaction. In addition, unlike other PtdSer-binding domains, TTR-52 forms dimers, and its dimerization is important for its function in vivo. Our results reveal the first full-length structure of a bridging molecule and the mechanism underlying bridging molecule-mediated apoptotic cell recognition.
