草鱼Ⅰ型干扰素的晶体结构解析与功能研究

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细胞因子是可溶性细胞外蛋白或糖蛋白,它们通常是由几乎所有有核细胞响应有害刺激而产生的,并且不同细胞的分泌量也有所差别。细胞因子已根据其受体的结构以及同源性分为不同的家族。干扰素(Interferon,IFN)是普遍表达的细胞因子,具备强大的抗病毒作用。本研究重点介绍了草鱼I型干扰素的晶体结构、配体受体结合方式、信号通路、抗病毒功能以及IFNd抑制炎症的功能。为了检查草鱼(Ctenopharyngodon idella,Ci)ifna对病毒、病毒类似物以及病毒蛋白的反应。我们采用采用不同手段刺激鲤丘疹上皮瘤细胞系(EPC),并用实时荧光定量PCR(q PCR)对IFN通路的经典基因进行检测,发现SVCV-N,SVCV-P,SVCV-M,SVCV-L和SVCV-G都在不同程度上降低了ifna及其下游的抗病毒基因的表达,但不同蛋白的结果不同,进而得出结论,病毒蛋白不是可以被模式识别受体(PRRs)感知的经典病原相关分子模式(PAMPs),而是被宿主抗体特异性识别的,病毒通过不同方式逃避宿主免疫。为系统研究草鱼I型干扰素的合成、分泌和免疫功能,我们在大肠杆菌中表达并提纯了草鱼IFNa(Ci IFNa)和IFNd(Ci IFNd)重组蛋白。用Ci IFNa和Ci IFNd重组蛋白免疫小鼠,通过PEG法诱导得到杂交瘤细胞;将稳定分泌抗体的阳性细胞株的细胞悬液注射入小鼠腹腔,制备腹水抗体并进行纯化。本研究纯化了草鱼Ci IFNa和Ci IFNd各2株抗体,并采用酶联免疫吸附剂测定(ELISA)、蛋白质印迹法(Western blot)、免疫荧光分析等多种方法对其进行了较全面的鉴定。研究结果表明,Ci IFNa和Ci IFNd单克隆抗体特异性好、效价高,能够特异识别在大肠杆菌和真核细胞中表达的重组蛋白,且不存在Ci IFNa和Ci IFNd分子间的交叉识别。本研究制备的单克隆抗体为深入研究草鱼干扰素的细胞来源和蛋白表达规律奠定基础。晶体是具有三维周期性原子结构的固体,在一定生长条件下具有多面体外形,是一种研究细胞因子的重要手段。本研究通过分子置换在1.58(?)分辨率下用空间群C121测定Ci IFNa的晶体结构。正如预期的那样,该结构揭示了由6个结构元素组成的典型I型IFN结构,用A到F表示。螺旋A,C,D和F形成一个反平行的四螺旋束,它们以上-上-下-下的方向排列。Ci IFNa有一个直的螺旋F,这是I型IFN的标志,与哺乳动物不同的是Ci IFNa的AB环中缺少螺旋元件。由Cys3-Cys99形成的一种二硫键存在于Ci IFNa中,将N末端区域与螺旋D连接起来,并且类似于其他脊椎动物I型IFN中发现的二硫化物。硬骨鱼I型干扰素分为I和II亚组,先前的研究证明,他们通过结合不同的受体激活抗病毒反应。然而,IFN配体与受体之间的相互作用尚未完全了解。我们发现与先前的研究不同,草鱼I型干扰素I亚组成员IFNa可以分别与CRFB1、CRFB2和CRFB5三个受体结合,并且这三个受体可以相互结合,形成配对受体复合物。通过对其晶体结构的分析,我们确定了其与受体相互作用的四个关键残基Leu27,Glu103,Lys117和His165。随后我们构建了草鱼IFNa的四种真核突变质粒,命名为:L27A,E103A,L117A和H165A,验证了他们与受体的结合能力,发现单个位点的突变对IFNa与受体的结合能力的影响不大。但是突变显著降低了草鱼IFNa诱导的信号传导及转录激活因子1a(STAT1a)在EPC细胞中的磷酸化,有趣的是,野生型和突变型草鱼IFNa蛋白并没有改变STAT1b的磷酸化水平。并且通过荧光定量PCR和空斑试验表明Glu103和His165是草鱼IFNa激活细胞抗病毒活性所必需的。研究结果表明,鱼类I型IFN与哺乳动物I型IFN虽然在结构上保守,但与受体的相互作用方式可能与哺乳动物的同源物不同。此外我们还对草鱼I型干扰素的另一重要成员IFNd的晶体结构及功能进行了初步的探究,发现虽然两者有相似的结构,但是IFNd的功能与同组的IFNa差距较大,为今后的深入研究I型干扰素不同成员间的区别打下基础。以上研究对草鱼I型干扰素在草鱼免疫系统的作用进行了初步探究,并从晶体结构的角度对Ci IFNa关键位点进行了分析,并鉴定出四个与受体结合的关键位点,并对其信号通路及多角度鉴定Glu103和His165为草鱼IFNa抗病毒的关键位点,为深入阐述草鱼的抗病毒功能和信号传导途径奠定了基础,对鱼类抗病毒功能和病害防控提供了理论依据。
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