Пресс-центр / новости / Наука /
Примембранный цитоплазматический регион толл-подобных рецепторов оказался функционально-значимым элементом трехмерной структуры белков
Толл-подобные рецепторы – ключевые участники врожденного иммунного ответа. Основываясь на данных ЯМР-спектроскопии, молекулярного моделирования и функциональных исследований, командой Лаборатории биомолекулярной ЯМР-спектроскопии совместно с коллегами из Лаборатории моделирования биомолекулярных систем, Лаборатории биосинтеза низкомолекулярных физиологически активных соединений и Чанчуньского института прикладной химии были получены структуры трансмембранных и примембранных регионов, а также показана их функциональная значимость при активации рецепторов. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communication.
Kornilov FD, Shabalkina AV, , Volynsky PE, Kot EF, Kayushin AL, Lushpa VA, Goncharuk MV, Arseniev AS, Goncharuk SA, , Mineev KS
Толл-подобные рецепторы (TLR) — важный компонент врожденной иммунной системы, ролью которого является распознавание патогенов по молекулам, характерным для широких классов организмов. Активация TLR приводит к развитию иммунного ответа и воспаления. Полного понимания механизмов работы TLR до сих пор не достигнуто. Это касается и структурной биологии TLR: эти рецепторы получается исследовать лишь в виде отдельных фрагментов, и не для каждой части белка есть необходимая информация, что в конечном счете не позволяет восстановить по кусочкам структуру полноразмерного TLR. В данной работе, команда Лаборатории биомолекулярной ЯМР-спектроскопии совместно с коллегами из Лаборатории моделирования биомолекулярных систем, Лаборатории биосинтеза низкомолекулярных физиологически активных соединений и Чанчуньского института прикладной химии исследовала фрагмент, соединяющий внеклеточную часть с цитоплазматическим доменом для четырех представителей семейства TLR.
Рисунок 1. Трехмерные структуры трансмембранного домена и примембранного региона TLR: TLR2, TLR3, TLR5 и TLR9.
При помощи ЯМР-спектроскопии была установлена трехмерная структура мембранного домена и примыкающих участков четырех TLR: TLR2, TLR3, TLR5 и TLR9 (Рис. 1). Каждый из белков представляет одно из пяти эволюционных подсемейств TLR человека (для TLR4 информация о структуре уже была получена ранее). Особое внимание было уделено изучению примембранного участка. Было показано, что данный регион образует ɑ-спираль, которая глубоко погружена внутрь мембраны, что также подтвердилось при компьютерном моделировании полученных структур. Отметим, что данный элемент в структуре толл-подобных рецепторов был обнаружен впервые, поэтому было интересно изучить значимость примембранных спиралей как с точки зрения эволюции белков, так и с точки зрения их непосредственной функции при передаче сигнала.
Результаты биоинформатического анализа показали, что цитоплазматические примембранные гидрофобные участки присутствуют у всех TLR человека, кроме того, консервативность аминокислотных остатков в данных регионах сопоставима с остатками внутриклеточного домена, который необходим для запуска сигнального каскада. При этом другие участки белка характеризуются большей вариабельностью. Это свидетельствует о функциональной значимости данных регионов.
Рисунок 2. Функциональная роль цитоплазматического примембранного гидрофобного региона TLR1/TLR2.
Для анализа роли примембранных регионов в процессе активации рецепторов были проведены функциональные исследования на живых клетках. Были изучены различные мутации, делеции и замены в этих участках для рецепторов TLR1 и TLR2, которые вместе образуют функционально-активный комплекс (Рис. 2). Оказалось, что в последовательности аминокислотных остатков TLR2 “закодированы” важные взаимодействия, необходимые для работы комплекса, тогда как мутации в примембранном регионе TLR1 не оказывают влияние на его работу . Таким образом, роль того или иного примембранного региона, по-видимому, зависит от конкретного контекста или запускаемого сигнального каскада, что и предстоит изучить в дальнейшем.
Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда № 22-14-00020.
30 марта 2023 года