细胞因子IL-18与其受体相互作用的结构生物学研究

发布时间：2018-08-16 13:43

【摘要】：白细胞介素18(interleukin 18,IL-18)是白细胞介素1(interleukin 1,IL-1)家族蛋白中的一员,起激动剂的作用。IL-18结合其配体结合受体IL-18Rα和共受体IL-18R?,在细胞膜上形成配体-受体三元信号转导复合物,进而激活下游NF-κB信号通路和MAPK信号通路。IL-18在先天性免疫反应和获得性免疫反应中都有重要作用。人体中过量IL-18的产生会导致多种自身免疫病和慢性炎症性疾病。本论文工作主要研究IL-18识别其受体并组装成信号转导复合物的结构基础。通过大肠杆菌和昆虫细胞分别表达IL-18以及IL-18Rα和IL-18R?的胞外域,通过亲和层析及分子筛纯化蛋白样品,然后将IL-18、IL-18Rα、IL-18R?在体外混合,得到IL-18-IL-18Rα二元复合物的样品以及IL-18-IL-18Rα-IL-18R?三元复合物的样品,然后进行蛋白质晶体生长条件筛选。成功获得IL-18-IL-18Rα二元复合物的晶体后,通过X射线衍射技术,解析出IL-18-IL-18Rα二元复合物分辨率为2.8?的结构。结构分析揭示了IL-18与IL-18Rα相互作用的氨基酸位点,在此基础上,通过定点突变及基于萤光素酶的NF-κB信号检测技术,进一步确定了IL-18上与IL-18Rα相互作用的9个关键氨基酸残基。IL-18和IL-18Rα相互作用界面的分析表明表面电荷互补决定了IL-18和IL-18Rα的特异性识别。此外,通过结构比对,揭示了IL-18天然抑制剂IL-18结合蛋白以及IL-18单克隆中和抗体抑制IL-18活性的结构基础。本论文工作首次报道了IL-18与其受体复合物的晶体结构,结构功能关系研究详细阐明了IL-18与IL-18Rα特异性相互作用的结构基础。之后日本一个研究小组报道了IL-18-IL-18Rα-IL-18R?三元复合物的结构。基于这些研究结果和之前报道的IL-1家族细胞因子IL-1?及IL-33与受体复合物的结构,本论文总结提出一个在IL-1家族中普遍适用的配体与受体组装和激活的结构模型。
[Abstract]:Interleukin 18 (interleukin 18) is a member of the interleukin 1 / IL 1 family of proteins, acting as an agonist. IL-18 binds to its ligand binding receptor IL-18R 伪 and coreceptor IL 18 RN, and forms a ligand receptor ternary signal transduction complex on the cell membrane. Furthermore, activation of downstream NF- 魏 B signaling pathway and MAPK signaling pathway. IL-18 plays an important role in both congenital and acquired immune responses. Excessive IL-18 production in the human body can lead to multiple autoimmune diseases and chronic inflammatory diseases. In this paper, the structural basis of IL-18 recognition of its receptors and assembly of signal transduction complexes was studied. IL-18, IL-18R 伪 and IL-18R were expressed in E. coli and insect cells, respectively. The extracellular domain was purified by affinity chromatography and molecular sieve, then IL-18R 伪 was purified from IL-18R 伪 and IL-18R? IL-18-IL-18R 伪 binary complex and IL-18-IL-18R 伪 -IL-18R? The sample of ternary complex was then screened for protein crystal growth. After successfully obtaining the crystal of IL-18-IL-18R 伪 binary complex, the resolution of IL-18-IL-18R 伪 binary complex is 2. 8? The structure of The structure analysis revealed the amino acid site of interaction between IL-18 and IL-18R 伪. On the basis of this, NF- 魏 B signal detection technique based on luciferase and site-directed mutation was used. The analysis of the interaction interface of 9 key amino acid residues. IL-18 and IL-18R 伪 with IL-18R 伪 on IL-18 shows that the surface charge complementation determines the specific recognition of IL-18 and IL-18R 伪. In addition, the structural basis of the inhibition of IL-18 activity by IL-18 binding protein, a natural inhibitor of IL-18, and IL-18 monoclonal neutralizing antibody was revealed by structural comparison. In this paper, the crystal structure of IL-18 and its receptor complex is reported for the first time. The structural and functional relationship between IL-18 and IL-18R 伪 is studied in detail. The structural basis of the specific interaction between IL-18 and IL-18R 伪 is elucidated in detail. Then a Japanese team reported on IL-18-IL-18R 伪 -IL-18R? The structure of a ternary complex. Based on these results and previously reported IL-1 family cytokines IL-1? And the structure of IL-33 / receptor complex. In this paper, a structural model of ligand and receptor assembly and activation is proposed, which is widely used in the IL-1 family.
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R392

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本文编号：2186159