Cell：T细胞受体结构图像，揭秘T细胞受体作用机制！

导读：脊椎动物的免疫系统是对抗癌细胞和外来病原体的强大武器。为了提供宿主保护，免疫系统必须处理所有来者。在这种情况下，T细胞发挥着关键作用。它们的表面带有一种特殊的受体，即T细胞受体，可以识别抗原—细菌、病毒和受感染或癌变的体细胞表面上的小蛋白片段，所识别的抗原由特定的免疫复合物呈递。

对于协调适应性反应的T细胞，解决方案是将病原体和肿瘤转化为短（高达24个残基）肽，以呈现给T细胞受体（TCR）作为具有主要组织相容性复合物（MHC）蛋白（肽负载MHC [pMHC]）的复合物。尽管经过数十年的研究，TCR如何在结合肽负载的MHC I类或II类分子后启动T细胞信号传导仍然是免疫学的一大谜团之一。

许多表面受体通过在配体结合后改变其空间结构将信号传递到细胞内部。到目前为止，这种机制被认为也与T细胞受体有关。法兰克福大学生物化学研究所的Lukas Su?ac，Christoph Thomas和Robert Tampé领导的研究人员与牛津大学的Simon Davis和Max Planck生物物理研究所的Gerhard Hummer合作，首次成功地可视化了一种与抗原结合在一起的膜结合T细胞受体复合物的结构。使用冷冻电子显微镜捕获的抗原结合结构与无抗原受体的抗原结合结构的比较，为激活机制提供了第一条线索。该项研究论文于2022年8月18日发表在期刊《Cell》上。

https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.010

01研究过程

对于结构分析，研究人员选择了用于免疫疗法治疗的黑色素瘤的T细胞受体，并且进行了几个步骤的优化，使其尽可能紧密地结合其抗原。结构测定方法的一个特殊挑战是从细胞膜中分离出由11个不同亚基组成的整个抗原受体组装。“在这之前，没有人相信有可能以稳定的形式从膜中提取如此大的膜蛋白复合物，”Tampé说。

随着在冷冻电子显微镜上收集图像工作的完成，为T细胞受体的工作原理提供了突破性的见解，正如Tampé所说：“在我们的结构分析的基础上，我们能够展示T细胞受体是如何组装和识别抗原的，并假设信号转导如何在抗原结合后触发。根据研究结果显示，最大的惊喜是抗原结合后受体的空间结构显然没有显著变化，因为无论有没有抗原，这实际上都是相同的。

pMHC连接的TCR的冷冻电镜分析

02

gp100 / HLA-A2 / TCR复合物的结构是通过冷冻电镜测定的，使用亲水性石墨烯单层的全金支架来保存完全组装的多蛋白复合物。UCHT1 Fab用于提高颗粒稳定性和提高分辨率。出乎意料的是，在最终的高分辨率冷冻电重建中，UCHT1 Fab几乎没有观察到密度，尽管gp100 / HLA-A2 / TCR颗粒的无参考2D分类显示，结合Fab和GFP2标签融合到CD3-δ链的密度较弱。gp100 / HLA-A2 / TCR复合物的总分辨率为3.08 ?，该复合物由11个单独的蛋白质和肽组成。与三聚体pMHC I结合的TCR-αβ异源二聚体位于组装体的中心，位于由异源二聚体CD3-εδ和CD3-εγ外源结构对形成的“半杯”中，并由包括CD3-ζζ TM区域在内的八个跨膜（TM）螺旋的堆积支撑。pMHC I接合的TCR相对于膜平面倾斜59°，导致TCR和pMHC I的膜锚固点偏移～60 ?。

03未来展望

研究未解决的问题是抗原结合如何导致T细胞活化。已知辅助受体CD8在抗原结合后接近T细胞受体，并刺激磷酸基团转移到其细胞内部分。研究人员认为，这导致一种结构的形成，这种结构排除了切割磷酸基团的酶（磷酸酶）。如果缺少这些磷酸酶，磷酸基团在T细胞受体上保持稳定，并且可以触发信号传导级联反应的下一步。

“我们的结构是未来T细胞活化研究的蓝图，”Tampé说。“此外，它也是在治疗环境中使用T细胞受体治疗感染，癌症和自身免疫性疾病的重要刺激因素。”

参考资料：

https://phys.org/news/2022-08-immune-image-antigen-bound-t-cell-receptor.html

https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.010