许琛琦组揭示静电作用介导Src家族激酶底物选择性的分子机制丨BioArt特别推荐

BioArt按 ： 不同的抗原刺激会引起不同的 T细胞抗原受体（TCR） 磷酸化模式，从而引发特异性的免疫应答反应。 阐明TCR的磷酸化机制因此是理解获得性免疫为什么具有特异性的关键所在。 6月28日，中科院上海生化与细胞研究所 许琛琦 研究员课题组在 PNAS 杂志上以长文形式（PNAS Plus）发表了题为“Ionic CD3−Lck interaction regulates the initiation of T-cell receptor signaling”的研究论文， 该研究揭示了Src家族酪氨酸激酶Lck识别不同底物的新型分子机制，及其对T细胞信号起始的直接调控作用。

论文解读 ：

T细胞活化依赖于细胞表面的T细胞抗原受体（T-cell receptor, TCR）。TCR可以识别“自我”和“非我”抗原，并根据抗原的特质引发特异性的下游信号通路，从而使得T细胞产生特异性分化并获得不同的效应功能。TCR复合体有4种CD3信号链（CD3 γ / δ / ε / ζ ），共携带了20个酪氨酸磷酸化位点。不同的抗原刺激会引起不同的TCR磷酸化模式，从而引发特异性的免疫应答反应。 阐明TCR的磷酸化机制因此是理解获得性免疫为什么具有特异性的关键所在。

为了探究这一科学问题，在 许琛琦 研究员的指导下，硕士研究生 李伦乙 、博士后 郭兴东 、博士研究生 施小山 、硕士研究生 李昌庭 等人运用多种技术手段分析了Lck磷酸化四种CD3信号链的过程。他们发现Lck具有明显的底物选择性，即更倾向于携带正电荷的 CD3 e 链。生物化学与生物物理的实验发现Lck的Unique domain（UD）与 CD3 e 链胞内区的碱性氨基酸富集区（BRS）发生静电相互作用，从而高效地介导了磷酸化过程。将BRS区替换到其他的CD3链后，Lck对它们的磷酸化水平明显提高。接着，他们在293FT细胞中重构了整个TCR复合体及其磷酸化调控蛋白，该系统可以使得他们能够排除下游信号反馈调控来独立地研究TCR磷酸化事件。他们发现利用突变削弱 CD3 e -BRS/Lck-UD相互作用后，TCR复合体的整体磷酸化水平会明显降低，说明了 CD3 e 招募Lck对TCR磷酸化的起始非常关键（ 图1 ）。

图1：TCR磷酸化起始模型 。 A. 静息态的T细胞中， CD3 e 和CD3 z 链的胞内区通过静电相互作用与细胞质膜内层的酸性磷脂结合，从而将这两个胞内区屏蔽在膜中，其中包括酪氨酸磷酸化位点和负者招募Lck的BRS区。CD3 d 和 g 的胞内区虽然暴露在细胞质中，但是由于它们不能独立招募Lck而难以被磷酸化。 B.抗原（peptide MHC complex，pMHC）结合使得TCR发生形变，引发 CD3 e 和CD3 z 链的胞内区从膜上解离。 C.CD3 e BRS区通过与Lck UD区的静电相互作用来招募Lck。D.被招募的Lck磷酸化四条CD3链中的酪氨酸位点，从而激活T细胞中的下游信号通路。

许琛琦研究员的前期工作发现了 CD3 e 的BRS区可以与细胞质膜的酸性磷脂相互作用，从而使得整个 CD3 e 的胞内区被屏蔽在膜脂双层中（ Cell 2008 ）。基于以上发现，这种膜屏蔽机制既屏蔽了 CD3 e 的酪氨酸位点，同时也阻止其BRS区与Lck的相互作用，达到抑制TCR整体磷酸化的效果。在T细胞被抗原活化后，抗原结合引起TCR形变可能使得 CD3 e 胞内区从膜上解离；或者钙离子通过中和酸性磷脂负电荷的方式使得未直接接触抗原的TCR中的 CD3 e 胞内区从膜上解离（ Nature 2013 ）。不同亲和力的抗原会引发不同程度的 CD3 e 膜解离（ Cell Res 2017 ），因此会带来不同的Lck招募程度和TCR的磷酸化程度。

该项研究工作阐明了TCR磷酸化起始的关键机制，同时揭示了Src家族酪氨酸激酶具有高度底物选择性这一现象。由于Src家族在多种细胞类型中都发挥重要作用，该项工作的发现为理解其它细胞的信号转导提供了新的线索。

该项工作得到了上海科技大学 王皞鹏 教授的大力帮助，并得到国家自然科学基金委、中国科学院先导B专项以及科技部的经费支持。该研究工作还得到国家蛋白质科学设施（上海）核磁共振系统，生化与细胞所细胞分析技术平台、分子生物学技术平台的大力支持。

参考文献：

Li L, et al. (2017) Ionic CD3-Lck interaction regulates the initiation of T-cell receptor signaling. PNAS . Published online before print.

Xu C, et al. (2008) Regulation of T cell receptor activation by dynamic membrane binding of the CD3epsilon cytoplasmic tyrosine-based motif. Cell 135(4):702-713.

Shi X, et al. (2013) Ca2+ regulates T-cell receptor activation by modulating the charge property of lipids. Nature 493(7430):111-115.

Guo X, et al. (2017) Lipid-dependent conformational dynamics underlie the functional versatility of T-cell receptor. Cell Res 27(4): 505-525