Пресс-центр / новости / Наука /

Выявлена важная роль цинка в работе рецептора TLR1 системы врожденного иммунитета

Толл-подобные рецепторы являются ключевыми участниками врожденного иммунитета. Несмотря на большое количество исследований и данных об этих белках, структурно-функциональные основы их работы до сих пор не до конца ясны. Сотрудники лаборатории биомолекулярной ЯМР-спектроскопии, лаборатории биоинформационных методов комбинаторной химии и биологии ИБХ РАН совместно с коллегами из МФТИ и Чанчуньского института прикладной химии (КНР) выявили важную роль цинка в работе толл-подобного рецептора 1 и предложили возможные механизмы цинк-опосредованной активации рецептора. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 20-­34-­70024 и опубликована в журнале Communications Biology.

TLR, ЯМР, Толл-подобный рецептор, цинк, иммунный ответ, иммунитет, патоген

Гончарук С.А.

Lushpa VAGoncharuk MV, Lin C, Zalevsky AO, Talyzina IA, Luginina AP, Vakhrameev DD, Shevtsov MB, Goncharuk SA, Arseniev AS, Borshchevskiy VI, Wang X, Mineev KS

Толл-подобные рецепторы (TLR) принимают участие во врожденном иммунном ответе и служат мишенями при разработке лекарств против воспалительных, нейродегенеративных и аутоиммунных заболеваний. Общая картина развития иммунного ответа через TLR известна: после распознавания молекулы, характерной для патогена, рецепторы TLR начинают образовывать димеры и активировать специализированные внутриклеточные белки (адаптеры). Например, попадание патогенной бактерии в организм приводит к появлению в межклеточной среде компонентов их клеточной стенки, которые связываются с TLR1 и TLR2 и запускают образование комплекса  TLR1/TLR2. Последний, в свою очередь, передает сигнал внутрь клетки и в результате происходит выброс цитокинов (белков-регуляторов иммунного ответа). Несмотря на общее понимание процесса, многие его детали остаются неизученными, в частности, до сих пор не ясно как же сигнал передается внутрь клетки, почему именно димер цитоплазматического домена (TIR) TLR способен активировать внутриклеточные  каскады реакций, каковы структурные основы взаимодействия TIR доменов.

Чтобы приблизиться к ответам на данные вопросы было проведено комплексное исследование структуры TIR домена TLR1. Для этого пространственная структура домена была определена двумя методами - ЯМР-спектроскопии в растворе и рентгеноструктурного анализа в кристаллах (Рисунок 1).  Сравнение структур выявило отличие в области, содержащей два  остатка цистеина, что навело ученых на мысль о  существовании возможного взаимодействия домена рецептора с ионами цинка (SH-группы цистеинов чаще всего формируют сайт связывания для этого металла во внутриклеточных белках) . 

Рисунок 1. Пространственная структура TIR домена TLR1 по данным ЯМР спектроскопии.

Для проверки этой гипотезы была проведена серия экспериментов по изучению связывания TIR домена с ионами различных металлов, содержащихся в цитоплазме клетки. Выяснилось, что в то время как остальные металлы не взаимодействовали с доменом, цинк связывается с TIR  доменом специфически в наномолярных концентрациях. Кроме того, оказалось, что происходит образование двух конкурирующих комплексов TLR1/Zn. 

Так как напрямую получить структуры комплексов TLR1/Zn не удалось, были использованы подходы на основе точечного мутагенеза белка и компьютерного моделирования. Удалось показать, что один из комплексов образуется за счет цистеинов C667 и C686, в то время как второй комплекс зависит только от наличия С667. Для двух вариантов взаимодействия были получены модели с использованием молекулярной динамики (Рисунок 2). Компьютерный эксперимент показывает, что цинк может стабилизировать важный участок TIR домена в двух различных состояниях.

Рисунок 2. Модели двух различных цинк-связанных форм TIR домена рецептора TLR1.

Чтобы понять, насколько обнаруженное взаимодействие белка с цинком важно для работы рецептора, была изучена активность TLR1 в живых клетках. Ученые показали, что изменение концентрации цинка влияет на активность TLR1, а мутация остатка цистеина 667 приводит к полной потере активности рецептора. Обобщая полученные результаты авторы предполагают, что цинк-связывающая способность TIR домена TLR1 является критически важной для функционирования  белка. 

24 августа