近日來自美國賓夕法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院和荷蘭烏特勒支大學(xué)的科學(xué)家組成的研究小組揭示了人類補體系統(tǒng)中兩個關(guān)鍵酶復(fù)合物的原子結(jié)構(gòu),，研究論文發(fā)表在12月24日的 Science 上,。
補體系統(tǒng)是機體重要的免疫效應(yīng)系統(tǒng)之一,，由血漿補體成分,、可溶性和模型補體調(diào)節(jié)蛋白,、補體受體等30余種糖蛋白組成,，是一個具有精密調(diào)控機制的蛋白質(zhì)反應(yīng)系統(tǒng),。當(dāng)受到抗原-抗體復(fù)合物或微生物激活時,，可發(fā)揮調(diào)節(jié)吞噬,、裂解細(xì)胞、介導(dǎo)炎癥,、免疫調(diào)節(jié)和清除免疫復(fù)合物等多種生物學(xué)效應(yīng),。研究證實補體系統(tǒng)異常至少與30多種疾病相關(guān)，包括中風(fēng),、心肌梗死以及年齡相關(guān)性黃斑退行性改變等,。
“新研究發(fā)現(xiàn)為我們開發(fā)新的藥物治療提供了一個分子支架，” 賓斯法尼亞大學(xué)醫(yī)學(xué)院的John Lambris博士說：“現(xiàn)在我們知道了哪些區(qū)域?qū)τ谶@些補體蛋白的活性至關(guān)重要,，基于此我們就能設(shè)計出特異的補體抑制劑靶向相關(guān)復(fù)合物,，抑制補體激活的級聯(lián)反應(yīng)。”
機體補體系統(tǒng)的激活是一個非常復(fù)雜的生化過程，有多個分子和細(xì)胞事件參與其中,，補體活化最終可招募和活化免疫細(xì)胞,，并破壞和清除機體內(nèi)的病原體和損傷細(xì)胞。在補體效應(yīng)的放大連鎖反應(yīng)中,，補體蛋白C3首先活化裂解為C3b,，C3b在靶細(xì)胞表面與B因子結(jié)合形成C3bB復(fù)合物。D因子裂解C3bB復(fù)合物生成活性的C3bBb,，而C3bBb復(fù)合物作為旁路途經(jīng)的C3轉(zhuǎn)化酶,，又可進(jìn)一步裂解C3，這樣使得補體級聯(lián)反應(yīng)不斷的快速放大,。在新研究中Lambris針對這一過程中關(guān)鍵的兩個酶復(fù)合物C3bB 和 C3bBD進(jìn)行了研究,。
為了獲取C3bB 和 C3bBD的結(jié)構(gòu)圖像，研究人員首先生成了一些可使復(fù)合物穩(wěn)定在活性狀態(tài)的突變蛋白,。然后,，Lambris和合作者、荷蘭烏特勒支大學(xué)的Gros利用X射線衍射晶體分析技術(shù)在原子水平上詳細(xì)地分析了兩個復(fù)合物,。他們發(fā)現(xiàn)在與C3b結(jié)合后，B因子改變了自身的形狀形成了一種“開放激活”的C3bB復(fù)合物,。D因子本身由于存在一個自身抑制環(huán)阻斷了酶的活性位點從而使其處于失活狀態(tài),。當(dāng)D因子特異地與C3bB復(fù)合物結(jié)合后，抑制環(huán)改變了它的位置,，從而激活D因子裂解C3bB形成了C3bBb復(fù)合物,。
“新研究發(fā)現(xiàn)為補體系統(tǒng)的幾個安全特性從分子水平上提供了解釋。它揭示了自身失活的D因子與C3bB結(jié)合后激活的機制,，表明補體系統(tǒng)利用了一種‘雙保險’機制防止在缺乏靶目標(biāo)時異常激活補體,，”Lambris說：“此外研究數(shù)據(jù)可以幫助我們設(shè)計出D因子的抑制物，這或許將有助于推動補體相關(guān)疾病的治療,。”（生物谷Bioon.com）
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Science DOI: 10.1126/science.1195821
Structures of C3b in Complex with Factors B and D Give Insight into Complement Convertase Formation
Abstract
Activation of the complement cascade induces inflammatory responses and marks cells for immune clearance. In the central complement-amplification step, a complex consisting of surface-bound C3b and factor B is cleaved by factor D to generate active convertases on targeted surfaces. We present crystal structures of the pro-convertase C3bB at 4 angstrom resolution and its complex with factor D at 3.5 angstrom resolution. Our data show how factor B binding to C3b forms an open “activation” state of C3bB. Factor D specifically binds the open conformation of factor B through a site distant from the catalytic center and is activated by the substrate, which displaces factor D’s self-inhibitory loop. This concerted proteolytic mechanism, which is cofactor-dependent and substrate-induced, restricts complement amplification to C3b-tagged target cells.
