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3月10日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)生命學(xué)院黃志偉教授課題組以“膽固醇通過(guò)直接限制TCR-CD3核心通道的構象變化抑制T細胞受體激活”為題，在《分子細胞》（Molecular Cell）上發(fā)表研究論文，該研究揭示了膽固醇抑制T細胞受體活性的分子機制。
T細胞是脊椎動(dòng)物適應性免疫的重要細胞，在病毒感染、癌癥以及自體免疫疾病中起著(zhù)關(guān)鍵作用。T細胞通過(guò)其TCR-CD3受體復合物特異性識別抗原，將胞外的抗原識別信號跨膜傳遞到T細胞內，激活胞內的適應性免疫信號通路，啟動(dòng)免疫反應。在2019年，該課題組在《自然》（Nature）上發(fā)表了題為“人T細胞受體-共受體復合物組裝的結構基礎”（Structural basis of assembly of the human TCR-CD3 complex）的研究文章，首次解析了人T細胞受體復合物（包含全部8個(gè)亞基）的高分辨率冷凍電鏡結構，揭示了TCR-CD3亞基在膜外側以及膜內識別、組裝成功能復合物的分子機制。但一直以來(lái)，T細胞受體如何將胞外抗原信號傳遞到胞內激活T細胞的這一關(guān)鍵機制的結構基礎并不清楚。
在這項研究中，該課題組解析了人源野生型、硫酸膽固醇結合型以及組成型激活的3種狀態(tài)的TCR-CD3復合物的高分辨率冷凍電鏡結構。首先通過(guò)解析3.2埃的野生型TCR-CD3復合物的高分辨率結構，發(fā)現兩個(gè)膽固醇分子結合在TCR-CD3復合物的跨膜螺旋圍成的通道內（課題組稱(chēng)之為“膽固醇結合通道”，通過(guò)質(zhì)譜、解析硫酸膽固醇結合的TCR-CD3復合物、放射性標記膽固醇競爭性實(shí)驗，證實(shí)TCR膽固醇結合通道結合的是膽固醇分子）。在該靜息態(tài)的TCR復合物結構中，CD3ζ亞基跨膜螺旋的中間至C端和TCR其他亞基的互作主要由兩個(gè)尾部相連的膽固醇二聚體分子介導，膽固醇二聚體分子就像閂鎖將CD3ζ的跨膜α螺旋鎖定在非活性的構象狀態(tài)。
之后，課題組基于TCR結構產(chǎn)生系列突變體以阻斷其與膽固醇結合，功能實(shí)驗發(fā)現TCR突變體獲得了不依賴(lài)抗原的CD3ζ亞基胞內區的磷酸化，說(shuō)明突變體具有組成型激活的能力。為進(jìn)一步研究這些突變體組成型激活的機制，該課題組解析了其中一個(gè)組成型激活的突變體（TCRβ L281A/L285A）的結構，分析發(fā)現該突變體的膽固醇結合通道中的膽固醇二聚體分子結合被打破，將該突變體和野生型TCR復合物結構進(jìn)行比較，發(fā)現該突變體在CD3ζ跨膜螺旋近C端區發(fā)生顯著(zhù)的構象變化，勢必帶動(dòng)與C端緊密相連的CD3ζ胞內尾巴發(fā)生構象變化，暴露出其磷酸化位點(diǎn)，進(jìn)而激活胞內信號通路。
TCR復合物作為T(mén)細胞識別抗原、啟動(dòng)免疫反應的關(guān)鍵分子，其激活活性受到精確調控，以免在沒(méi)有抗原結合或非特異性抗原結合后引發(fā)非特異性的激活，進(jìn)而導致自免疫反應。因此，在未結合抗原時(shí)，TCR通過(guò)結合膽固醇分子使其維持在靜息態(tài)構象，結合特異性抗原后，觸發(fā)TCR構象變化，解除膽固醇對TCR的構象限制，從而激活TCR。該研究通過(guò)捕捉到TCR在靜息和激活兩種狀態(tài)的構象，揭示膽固醇限制TCR活性的機制，對認識TCR從靜息狀態(tài)到激活狀態(tài)的構象變化提供結構和理論依據，同時(shí)為理性設計靶向TCR調控T細胞活性的新型免疫療法，治療自免疫等疾病具有重要意義。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)生命學(xué)院黃志偉教授為通訊作者。生命學(xué)院博士后陳彥、朱玉威副研究員、博士生李想和本科生高文博為論文的共同第一作者。生命學(xué)院博士生甄梓期、博士后董德、本科生黃不了、張帆研究員和電鏡平臺馬卓、張安琪、郭長(cháng)友參與該研究的部分工作。北京生命科學(xué)研究所宋小翠和馬燕老師進(jìn)行了質(zhì)譜工作。本項目受到黑龍江省頭雁團隊原創(chuàng )探索基金和國家自然科學(xué)基金的資助。
膽固醇（CLR）和硫酸膽固醇(CS)結合狀態(tài)下的TCR復合物結構
組成型激活態(tài)和野生型TCR結構比較（A）以及TCR工作模型（B）
