白细胞介素21(Interleukin21,IL-21)是由激活的T细胞产生并作用于多种细胞的Ⅰ型细胞因子,在先天性与适应性免疫应答以及炎症和自身免疫疾病中均具有多效调节作用。IL-21是通过与其α和γ受体形成三元复合物后激活JAK/STAT信号通路来行使其生物学功能的,但这一过程的分子机制仍不清楚。蛋白质的功能通常与其结构相关,对IL-21及其受体结构的研究有助于解释其信号转导的分子机制。信号转导往往伴随蛋白质的变构效应及相互作用。因此本论文拟通过以下两种途径来获得信号转导的相关信息:一是运用液体核磁共振(NMR)技术解析人源IL-21(hIL-21)突变体及hIL-21受体的结构;二是运用荧光共振能量转移(FRET)技术对激活状态下受体之间的相对距离变化进行监测。为分别适用于NMR和FRET检测分析的要求,需要对受体蛋白进行设计;或者需要制备获得有关蛋白质,如新设计的γ受体蛋白及hIL-21突变体C4Δ与MUT9以实现用核磁解析其结构。所以,本论文的主要任务在于对研究体系中的若干蛋白质进行设计、表达、纯化和初步分析。具体内容如下:1.依据NMR实验要求,将γ受体蛋白进行截短、分区段设计得到其突变蛋白,并为后续研究构建了相应质粒;依据FRET技术研究不同状态下受体之间的相互作用的实验要求,确认了荧光蛋白与α及γ受体蛋白融合表达的位置,设计了用亮氨酸拉链代替胞外域的一系列蛋白,以便模拟受体蛋白从静息状态到激活状态的过程,并构建了相应质粒用于后续研究。此外,优化了聚合酶链式反应(PCR)的具体条件,得到了 M-C4Δ突变体的质粒,实现了一次性突变三个不连续的氨基酸残基。2.对以上设计的部分γ受体蛋白在原核细胞中进行重组表达,纯化以及核磁初步分析。尝试了采用甲醇/氯仿萃取方法纯化跨膜区段蛋白,经过多次优化甲醇/氯仿的比例,最终在氯仿层检测到了目标蛋白条带。3.运用大肠杆菌原核表达系统对hIL-21突变蛋白C4Δ、MUT9进行表达。实验优化了 C4A蛋白液的条件,发现蛋白在pH为4.3的磷酸盐溶液中能稳定存在一周以上,并在此条件下采集了结构解析所需的一系列谱图。与他人合作最终得到了C4A的结构,该结构表明现有文献中IL-21结构稳定性越强则其信号激活能力越强的假说并不成立,还有待进一步研究。