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(I)氧化剂和还原剂之间的平衡的打破导致大量不稳定自由基分子的出现。细胞响应并清除这些自由基的过程就称为氧化应激反应。氧化应激在很多疾病的发生中都扮演了重要角色,如心脑血管疾病,特发性肺纤维化,癫痫,神经退行性疾病等等。构建氧化应激反应的分子网络,对了解疾病的发生以及设计药物提供了可行性基础。除硫氧还蛋白(thioredoxins, Trx)以外,一组称为谷氧还蛋白(glutaredoxin, Grx)的谷胱甘肽(glutathione, GSH)依赖型氧化还原酶,也在氧化应激反应和氧化还原平衡态维持中发挥重要作用。基本序列比对很容易区分大多数谷氧还蛋白和硫氧还蛋白。然而,从3D结构的角度,谷氧还蛋白与硫氧还蛋白家族有着很高相似性的折叠和拓扑类型,即5个螺旋环绕着中心p折叠片,一个CXX(C/S)的活性位点基序。谷氧还蛋白利用还原型谷胱甘肽提供的电子,还原底物蛋白的二硫键。根据以往实验报导,谷氧还蛋白行使许多生物学功能,包括抗坏血酸盐的还原,核苷酸还原酶和3’-磷酸腺苷酰硫酸还原酶的激活,调节核因子DNA结合力。最近,一些谷氧还蛋白和类谷氧还蛋白被发现能行使独特的功能,比如信号转导和铁硫簇(iron-sulfur cluster)的装配。酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的基因组编码了多种谷氧还蛋白亚型,使得它成为了研究谷氧还蛋白亚细胞定位和分子功能多样性的理想模式生物。迄今为止,酵母中已发现8种谷氧还蛋白,命名为Grx1到Grx8。酵母Grx6是单巯基谷氧还蛋白,位于高尔基体和内质网。Grx6由三个部分组成：一个预测的信号肽(1位甲硫氨酸到36位异亮氨酸,M1-136),一个N端结构域(37位赖氨酸到110位苏氨酸,K37-T110)和一个C端谷氧还蛋白结构域(111位赖氨酸到231位天冬酰胺,K111-N231)。与经典的双巯基谷氧还蛋白Grx1相比,Grx6有着较低的谷胱甘肽二硫键还原酶(glutathione-disulfide reductase, EC1.8.1.7)活性,但是有较高的谷胱甘肽转移酶(glutathione S-transferase, GST, EC2.5.1.18)活性。此外,类似于人源Grx2, Grx6在体外通过铁硫簇结合谷胱甘肽。N端结构域对于非共价的二聚化是必不可少的,但对于以上两个酶的活性是不需要的。Grx6的C端结构域的1.5A分辨率的晶体结构显示了在谷胱甘肽结合沟槽背侧的一个新型的由两个折叠股形成的反平行p片。这个多出的p片很可能在酵母Grx7和一组低等生物的谷氧还蛋白中存在。这些信息使我们能定义一类新谷氧还蛋白亚家族。(Ⅱ)为了得到能高选择性、高亲和力结合癌症(生物医药)相关糖类的蛋白,研究者们采用了多种方法。最常见的,用感兴趣的多糖免疫小鼠分离得到单克隆抗体,但这个过程费时费力,而且由于多糖保守结构带来的自身耐受性,大多数人源多糖对小鼠并不产生明显的免疫反应。其它方法包括抗体或凝集素的定向进化,糖结合多肽的芯片筛选,多糖特异性适体基于指数式富集的系统进化,但没有方法被证实普遍可行。我们最近使用一种快速而且经济的方法,利用酵母表面展示从七鳃鳗中分离单克隆可变淋巴细胞受体(variable lymphocyte receptor, VLR),能选择性结合多种人源多糖,包括癌症相关抗原T-nouvelle (a-N-乙酰半乳糖胺)和Thomsen-Friedenreich (TFa;β-半乳糖-α-N-乙酰半乳糖胺)。可变淋巴细胞受体是富含亮氨酸重复序列(leucine-rich repeat, LRR)蛋白,调控无颌类脊椎动物(八目鳗和七鳃鳗)的获得性免疫。尽管可变淋巴细胞受体在结构上与脊椎动物基于免疫球蛋白(immunoglobulin, Ig)的抗体不相关,它能像抗体一样广谱地识别抗原,而且亲和力和特异性与抗体有可比性。可变淋巴细胞受体基因从多个LRR编码框通过DNA重组装配而成,这个过程可以得到多达1014的庞大受体库,有足够的多样性识别几乎全部抗原。研究显示可变淋巴细胞受体识别多糖,例如癌症相关Thomsen-Friedenreich抗原,其选择性媲美甚至高于凝集素和抗体。为了理解其中一个可变淋巴细胞受体(VLRB.aGPA.23)识别TFa的机理,我们测量了结合相互作用的热动力学(thermodynamics)参数,解析了VLRB.aGPA.23-TFa复合物2.2A分辨率的晶体结构。在结构中,4个色氨酸残基形成一个疏水的笼子紧紧包围住TFα二糖。这个笼子和氢键网络解释了VLRB.aGPA.23对多糖精细的选择性。VLRB.aGPA.23多糖结合位点的拓扑结构与凝集素或抗体有显著不同,后者通常为寡糖链提供一个长而平的沟槽。相比之下,TFa二糖被夹在一个可变柔性区域和由LRR模块β股形成的凹面之间。可变淋巴细胞受体能利用LRR模块以媲美凝集素和抗体的亲和力和选择性识别多糖,将成为在基础研究和临床应用上非常有前景的一类天然多糖结合蛋白。