Проблема белка. Том 2: Пространственное строения белка - Попов Е.М.
ISBN 5-02-001697-7
Скачать (прямая ссылка):
Молекула CD4 - трансмембранный гликозилированный белок. Он находится на поверхности Т-лимфоцитов той субпопуляции, которая распознает клетки-мишени с антигенами, ассоциированными с белками МНС класса II [301-303]. Цитоплазматическая область CD4 тесно контактирует с тирозинкиназой р56, играющей важную роль в запуске производства Т-клеток (рис. 1.10). Молекула CD4 является основным рецептором, взаимодействующим с вирусом иммунодефицита человека (HIV-1) [304-307], о чем подробно говорится в следующем разделе. На основе данных анализа аминокислотных последовательностей CD4 и иммуноглобулинов было предсказано, что внеклеточная часть рецептора состоит из четырех доменов, отнесенных к суперсемейству IgSF [304, 308]. Предположение вскоре подтвердилось результатами прямых
72
Р и с. 1.11. Ленточная схема трехмерной структуры гомодимера CD8aDl [293]
Цифрами 1, 7, 3 и 1', 2', 3' обозначены CDR1-, CDR2- н СПКЗ-подобныс петли двух
субъединиц
структурных исследований. Правда, все попытки провести рентгеноструктурный анализ целой внеклеточной части молекулы из 371 остатка не увенчались успехом из-за ее плохой кристаллизации. Однако удалось получить кристаллы, дающие удовлетворительную картину рентгеновской дифракции, которые образовывались из двух половин этой части последовательности CD4 по отдельности. Каждый из кристаллических образцов включал по два домена - D1D2 [298, 299] и D3D4 [297, 300]. В кристаллографическом анализе D3D4 была использована криотехника, которая позволила установить трехмерную структуру с разрешением 2,6 А; при комнатной температуре разрешение составляло 2,8 А. Замораживание кристаллов до -150° сопровождалось 1—2%-ным уменьшением размеров элементарной ячейки без нарушения симметрии пространственной группы . Среднеквадратичное отклонение атомов С0 аминокислотных остатков при изменении температуры от комнатной до -150° оказалось равным 0,86 А (0,93 для Домена D3 и 0,57 А для D4). Трехмерные структуры четырех доменов схематически представлены на рисунке 1.12. Сопоставление показывает, что пространственное строение двухдоменных последовательностей имеет ряд общих черт, причем домен D1 обладает большим сходством с D3, а D2 - с D4. Различия в геометрии D3D4 по сравнению с D1D2 заключаются, во-первых, в увеличенном расстоянии у D3 между Р-складчатыми листами, что, очевидно, связано с отсутствием в этом Домене дисульфидной связи, и, во-вторых, в изменении приблизительно
73
Рис. 1.12. Ленточная схема трехмерных структур доменов D1D2 (a), D3D4 (б) внеклеточной части рецептора CD4 [297]
на 25° взаимной ориентации доменов D3 и D4 относительно ориентации D1 и D2.
В модели всей внеклеточной части рецептора CD4, предложенной Г. Ланге и соавт. [297] на основе известных трехмерных структур D1D2 и D3D4 и согласующейся с рядом косвенных данных [309, 310], четыре домена образуют стержнеобразную форму длиной около 120 А, что равно приблизительно сумме длин двух фрагментов D1D2 (65 А) и D3D4 (60 А). Конформация промежуточного участка из трех остатков (179— 181) осталась экспериментально не установленной. У фрагмента D1D2 эти остатки являются С-концевыми и, обладая в кристалле, по-видимому, значительной подвижностью, не проявляются на картах электронной плотности. В предложенной модели CD4 (D1D2D3D4) N-концевые участки доменов D1 и D2 доступны для установления контактов с белками МНС класса П, а некоторые участки поверхностей доменов D3 и D4 имеют возможность взаимодействовать с белками Т-клеточного рецепторного комплекса собственного лимфоцита, впрочем структуры двух компонент пока неизвестны.
Структура антигена HLA-DR1 класса II. МНС-антигены человека носят название HLA (human leukocyte antigen), так как впервые были обнаружены на лейкоцитах. Аналогично МНС, антигены комплекса HLA делятся на два класса, I и II, представляющих собой набор гликопротеинов клеточной поверхности. При трансплантационных реакциях, как уже отмечалось, цитотоксические Т-клетки в основном
74
отвечают на чужеродные гликопротеины класса I, а Т-хелперы - на чужеродные гликопротеины класса II. Молекулы HLA класса II являются трансмембранными а, (3-гетеродимерными белками молекулярной массы 60 кДа. Первоначально они экспрессируются специальными антигенпроизводящими клетками, такими как макрофаги, стволовые клетки и В-лимфоциты. Класс II HLA объединяет белки, превращающиеся из внеклеточных антигенов в хелперы Т-клеток в процессе идентификации чужеродных антигенов и иммунных ответов [311, 312]. У человека молекулы этого класса полиморфны и поэтому могут специфически взаимодействовать с наборами разных белков. Полиморфизм HLA, по-видимому, обусловливает отличающиеся иммунные ответы различных индивидуумов на действия одних и тех же чужеродных агентов; с ним же связаны разная восприимчивость к болезням, нарушение толерантности к собственным антигенам и возникновение аутоиммунных реакций [313, 314].
Кристаллы были выращены в водном растворе HLA-DR1 класса II, принадлежащего нескольким вариантам аллелей. Предварительно белок был очищен с помощью иммунноаффинной хроматографии и детергентов и освобожден от трансмембранной области и цитоплазматического домена действием папаина [315, 316]. Трехмерная структура внеклеточной части HLA-DR1 была определена с разрешением 3,3 А путем комбинации данных рентгеновской дифракции, полученной от трех различных кристаллических образцов [316]. Во всех случаях белок кристаллизовался как димер DR1 а, (3-гетеродимера. Найденная структура оказалась подобной молекулярной структуре HLA класса I [317] и отвечающей гипотетической модели пептидсвязывающего центра этого белка, сконструированного по кристаллографическим данным о пространственном строении HLA-A2 класса I [318]. Трехмерная структура мономерной единицы HLA-DR1 класса II в а, (3-гетеродимере (рис. 1.13, а) состоит из двух а-спиральных доменов а|иа2и двух (3-структурных доменов (31 и (32- Молекулу пересекает длинная пептид-связывающая щель, дно которой выстлано восемью тяжами антипарал-лельного (3-листа, а стенки - двумя антипараллельными спиральными участками. Между молекулами DR1 в димере имеются четыре контактных области (рис. 1.13, б). Две из них расположены вблизи оси вращения второго порядка и включают взаимодействия остатков 49-55 (Pi) и 88, 111 (а2). Другие две контактные области, наиболее удаленные от мембраны, образованы пятью парами аминокислотных остатков двух сближенных (3X доменов. Кристаллографическая молекулярная структура DR1 [316] допускает образование комплекса с CD4, предположенного ранее на основе исследования мутагенных производных [319]. Если при Т-клеточном узнавании DR1 он находится в димерной форме, то, как свидетельствует рентгеноструктурный анализ белка, а2-домен второй молекулы димера может также контактировать с CD4, дополнительно усиливая взаимодействия DR1 с CD4.
