確定難以捉摸的先天免疫蛋白的結構

來源：作者：人氣：-發(fā)表時間：2019-03-09 10:20:00【大中小】

UT西南大學的研究人員使用低溫電子顯微鏡(cryo-EM)來確定迄今為止解決的最小膜蛋白的近原子結構。他們的工作可以改善癌癥的免疫療法，改善狼瘡等自身免疫性疾病的治療方法。

使用低溫電子顯微鏡確定最小膜蛋白STING的近原子結構

Cryo-EM--結構生物學中正在進行的“分辨率革命”的技術 - 使用大型顯微鏡通過薄的快速冷凍樣品拍攝窄電子流。研究人員表示，在UT Southwestern的24/7 Cryo-Electron Microscopy Facility研究的STING(干擾素基因刺激因子)蛋白質的大小約為下一個最小膜蛋白的一半。

UT西南的直諫“詹姆斯”陳博士是今天在線發(fā)表三項研究相應的作者自然描述這項工作。兩項研究揭示了難以捉摸的STING蛋白的第一個全長結構，其附著于該途徑中的不同分子。STING是先天免疫的重要途徑的關鍵成員 - 身體抵御感染的第一道防線。第三項研究深入了解了cGAS-STING途徑的原始功能，并強調了理解其蛋白質結構的重要性。

“具有接近原子分辨率的全長STING蛋白的結構對于理解先天免疫非常重要。對于開發(fā)用于癌癥免疫療法的STING或抑制用于治療自身免疫疾病(如狼瘡和狼瘡)的蛋白質也很重要。關節(jié)炎，“陳氏博士，炎癥研究中心主任，分子生物學教授，以及UT西南大學霍華德休斯醫(yī)學研究所研究員。

陳博士最近因發(fā)現(xiàn)cGAS酶而獲得了2019年的生命科學突破獎金300萬美元。DNA傳感器在STING蛋白關鍵的通路中啟動機體對感染和癌癥的免疫防御。cGAS酶在細胞內(nèi)部進行巡邏，并在遇到外源DNA時觸發(fā)免疫反應。當它在不存在遺傳物質的細胞區(qū)域中發(fā)現(xiàn)自身DNA時，它也可以觸發(fā)自身免疫。cGAS產(chǎn)生一種叫做cGAMP(環(huán)狀GMP-AMP)的小分子，它與STING結合并發(fā)出免疫反應。

“cGAS-cGAMP-STING途徑導致哺乳動物干擾素的產(chǎn)生，以應對DNA入侵，”陳博士說。干擾素 - 信號蛋白 - 告訴細胞加強對外來入侵者的防御。

兩項結構研究中的一項報告了與TBK1(Tank-Binding Kinase 1)復合的STING的第一種結構，TBK1激活它并導致產(chǎn)生特異性干擾素和其他信號分子。使用人和雞STING蛋白的實驗也揭示了STING的尾端，這在以前的結構中是不可見的。

來自海葵的STING缺少尾巴，這是陳博士第三篇論文的主題。海葵是一群無脊椎動物(缺乏骨干的生物)的一部分，被認為在第一批人類之前存在了數(shù)億年。該研究發(fā)現(xiàn)海葵中的STING可以通過自噬激活免疫反應。通常被稱為細胞管家，自噬通過將它們分解以便回收來清除細胞內(nèi)的不需要的分子 - 在這種情況下是病原體。人類具有c-GAS-STING-to-autophagy免疫途徑以及海葵缺乏的c-GAS-STING-to-interferon途徑。

這一發(fā)現(xiàn)促使陳博士建議，就像蝎子一樣，“STING就在尾巴”。更嚴重的是，他說這項研究表明自噬是一種原發(fā)性(原始)免疫途徑，早于人類發(fā)現(xiàn)的干擾素途徑。

“STING是迄今為止最小的膜蛋白，已經(jīng)使用cryo-EM解決了近原子分辨率，”兩位STING結構論文的共同作者Baiochen Bai博士說。“因此，這一成就代表了低溫EM結構測定歷史上的又一個里程碑，并表明cryo-EM已成為研究小型膜包埋生物大分子的有力工具。”白博士是生物物理學和細胞生物學助理教授，以及弗吉尼亞州Murchison Linthicum醫(yī)學研究學者。

第三序列作者，張學武博士，藥理學和生物物理學副教授，指出了一些低溫EM的優(yōu)勢。

“結構生物學的長期首選技術--X射線晶體學 - 要求分子結晶以確定其結構。眾所周知，膜蛋白難以結晶，”張博士解釋說，他是弗吉尼亞州Murchison Linthicum醫(yī)學博士研究。“即使它們確實結晶，它們也常常非常微弱地衍射X射線束，這使得難以從衍射數(shù)據(jù)中獲得高分辨率結構。這些新研究證明了cryo-EM在消除生長晶體需求方面的特殊優(yōu)勢低溫EM的另一個優(yōu)點是可以從一個樣本中捕獲多種構象 - 或動態(tài)結構 - 這使我們能夠生成“電影”以了解大分子的作用，“他說。