В важном для иммунной системы рецепторе TLR1 задействован ион цинка

Ученые из Московского физико-технического университета и Института биоорганической химии РАН совместно с коллегами из Чанчуньского института прикладной химии обнаружили ионы цинка в рецепторе, ответственном за врожденный иммунитет человека. О работе сообщается в совместном пресс-релизе МФТИ и ИБХ.

Толл-подобные рецепторы (toll-like receptors) располагаются на поверхности различных типов клеток иммунной системы. Они распознают различные структуры микроорганизмов и активируют иммунный ответ. Слово «толл» в их названии немецкого происхождения и означает «восхитительный, поразительный, классный». В 1985 году немецкий биолог Кристиана Нюсляйн-Фольхард обнаружила мутантных особей мух-дрозофил, что привело к открытию первого гена, кодирующего подобный белок. Увидев необычных мух, она воскликнула: «Das war ja toll!» («Вот это класс!») Позже были отрыты другие сходные белки, которые стали называть толл-подобными.

У расположенных в мембране толл-подобных рецепторов есть огромные внеклеточные части, которые обеспечивают связывание с компонентами патогена. Внутриклеточные домены таких рецепторов гораздо меньше и невзрачнее, однако именно они обеспечивают передачу сигнала об опасности внутрь клетки и запуск молекулярных каскадов, нацеленных на уничтожение патогена. 

Авторы работы изучали структуру внутриклеточной части толл-подобного рецептора 1 человека (TLR1). Они обнаружили странное несоответствие данных, полученных разными методами. Все имевшиеся данные о трехмерной структуре кристаллов TLR1, полученные путем рентгеноструктурного анализа, указывали на наличие химической связи между двумя аминокислотами-цистеинами во внутриклеточном домене — так называемого дисульфидного мостика. Однако анализ трехмерной структуры TLR1 в растворе методом ядерного магнитного резонанса, напротив, показал наличие подвижной, неупорядоченной структуры исследуемой области.

«Такое несоответствие натолкнуло нас на мысль, что два цистеина могут быть расположены рядом не из-за того, что они формируют дисульфидный мостик, а потому, что они, связывают, или, как говорят химики, "координируют" ион металла, а именно цинка», — объясняет руководитель исследования Константин Минеев, ведущий научный сотрудник ИБХ РАН.

Чтобы проверить эту гипотезу, ученые исследовали способность внутриклеточной части TLR1 связывать цинк в растворе. TLR1 оказался способен прочно связывать цинк из окружающего раствора. Для точного определения участка связывания цинка в TLR1 исследователи применили метод точечного мутагенеза, получив мутанты TLR1, в которых один из нескольких цистеинов был заменен другой аминокислотой. Замена тех самых цистеинов, которые образовывали дисульфидный мостик в кристаллических структурах, приводила к потере способности TLR1 связывать цинк и «выключению» рецептора.

«Сопоставив данные, полученные различными методами, мы пришли к выводу, что дисульфидный мостик — неизбежный артефакт процесса формирования кристаллов для данного белка. На самом деле, когда белок находится в клетке в водном окружении, эти два цистеина образуют участок связывания цинка, причем этот участок критически важен для функционирования белка», — рассказывает Валентин Борщевский, заместитель директора Центра исследования молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ.

Результаты экспериментов были уточнены и дополнительно подтверждены методом компьютерного моделирования. Вычислительные эксперименты позволили прояснить детали того, как TLR1 взаимодействует с цинком и какие изменения в молекуле рецептора при этом происходят.  Важность связывания цинка для функционирования TLR1 также подтвердилась в экспериментах на линиях клеток человека.

Обнаруженная коллективом ученых из МФТИ, ИБХ и Чанчуньского института прикладной химии способность рецептора TLR1 человека связывать ионы цинка станет основой для дальнейших исследований механизмов работы толл-подобных рецепторов, которые имеют существенное значение для медицины.

Исследование опубликовано в журнале Communications Biology.