清華新聞網(wǎng)8月13日電 白細(xì)胞介素-12（IL-12）家族的細(xì)胞因子由α亞基（p35、p19和p28）和β亞基（p40和EBI3）構(gòu)成，具有形成異源二聚體、亞基和信號(hào)組分共享的特性。目前在人體內(nèi)確定的家族成員包括IL-12（由p35和p40亞基結(jié)合形成）、IL-23（由p19和p40亞基結(jié)合形成）、IL-27（由p28和EBI3亞基結(jié)合形成）以及IL-35（由p35和EBI3亞基結(jié)合形成）（圖1）。這些細(xì)胞因子主要由不同類(lèi)型的抗原呈遞細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞和調(diào)節(jié)性B細(xì)胞產(chǎn)生，作用于T細(xì)胞、自然殺傷（NK）細(xì)胞以及B細(xì)胞等。它們?cè)谡{(diào)控免疫應(yīng)答和保持免疫系統(tǒng)的穩(wěn)定中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，對(duì)自身免疫性疾病的發(fā)生及癌癥的發(fā)展有著顯著影響，是重要的治療靶點(diǎn)。深入了解該家族細(xì)胞因子如何組裝受體介導(dǎo)下游信號(hào)通路的分子機(jī)制，對(duì)于開(kāi)發(fā)治療策略具有重要意義。
圖1.IL-12家族細(xì)胞因子結(jié)合受體及其下游信號(hào)組分的結(jié)構(gòu)模型
8月6日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/北京生物結(jié)構(gòu)前沿研究中心王新泉課題組在《結(jié)構(gòu)》（Structure）雜志在線(xiàn)發(fā)表研究論文，題目為“人源IL-12信號(hào)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)與組裝”（Structure and assembly of the human IL-12 signaling complex）。該研究成果增強(qiáng)了對(duì)IL-12信號(hào)起始的理解，同時(shí)為IL-12的改造和治療應(yīng)用開(kāi)辟了新的機(jī)會(huì)。
研究人員首先解析了人源IL-12結(jié)合受體IL-12Rβ1和IL-12Rβ2的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，總體分辨率達(dá)到3.75埃（圖2A）。這是一個(gè)由四個(gè)IL-12/IL-12Rβ1/IL-12Rβ2信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)基本單元組裝成的十二聚體結(jié)構(gòu)。每個(gè)IL-12/IL-12Rβ1/IL-12Rβ2三元復(fù)合物包含3個(gè)相互作用界面（site1-3）。Site 1是IL-12p35和p40亞基之間的相互作用界面，p35亞基在site 3與IL-12Rβ2氨基端的Ig-like結(jié)構(gòu)域相互作用，而p40亞基在site 2與IL-12Rβ1氨基端的FnIII結(jié)構(gòu)域結(jié)合（圖2B）。此結(jié)果表明IL-12與受體的結(jié)合和組裝方式和IL-23相似，但和同一家族的IL-27有顯著差異。通過(guò)結(jié)構(gòu)比較，研究人員還發(fā)現(xiàn)IL-12中p35和p40亞基的結(jié)合界面在不同狀態(tài)下（apo、受體結(jié)合和抗體結(jié)合）有明顯的構(gòu)象差異，體現(xiàn)了IL-12家族細(xì)胞因子在亞基組裝層面的結(jié)構(gòu)柔性。
通過(guò)定點(diǎn)突變和親和力檢測(cè)，研究人員發(fā)現(xiàn)將p35亞基上的Y62和K192突變成丙氨酸后，極大破壞了IL-12和特異性受體IL-12Rβ2的結(jié)合，親和力降低了超過(guò)100倍。將p35亞基上的Y189、I197/L198和F61突變成丙氨酸后，IL-12結(jié)合IL-12Rβ2的親和力分別降低了約68、32和22倍（圖2C）。通過(guò)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)Y62A、Y189A和K192A突變體介導(dǎo)下游信號(hào)組分STAT4磷酸化的能力大大降低（圖2D-E）。以上結(jié)果揭示了p35亞基上的Y62、Y189和K192是IL-12高親和力結(jié)合特異性受體IL-12Rβ2和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的結(jié)構(gòu)和功能熱點(diǎn)。
圖2.（A-B）人源IL-12結(jié)合受體IL-12Rβ1和IL-12Rβ2的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)；（C）IL-12突變體與IL-12Rβ2的親和力檢測(cè)；（D-E）IL-12突變體介導(dǎo)細(xì)胞STAT4磷酸化水平檢測(cè)
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授王新泉和2013級(jí)已畢業(yè)博士曾建偉為論文共同通訊作者。2018級(jí)博士畢業(yè)生陳慧琴和2020級(jí)博士畢業(yè)生葛霄飛為主要工作完成者，實(shí)驗(yàn)室成員李春為研究提供了重要幫助。電鏡數(shù)據(jù)采集和計(jì)算工作在國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（北京）設(shè)施的冷凍電鏡平臺(tái)和生物計(jì)算平臺(tái)完成。研究得到北京市生物結(jié)構(gòu)前沿研究中心、國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家重點(diǎn)研究計(jì)劃的經(jīng)費(fèi)支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.str.2024.07.010
供稿：生命學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
