基于跨膜区自组装机制的CD36靶向调控跨膜肽的设计、合成及其生物学功能研究

The studies of structure and function of membrane protein are the frontier area of chemistray and biology, and the studies of transmembrane domain self assembly mechanism play an important role on the understanding of membrane protein's transmembrane signaling transduction and function. According to the previous studies, the N and C terminal transmembrane domain of CD36 are important to expressing CD 36 on the cell surface, specifically binding and uptaking of oxdized low density lipoprotein (Ox-LDL). We first set up the experimental assay to study the hetero-oligomerization between self assembly of CD36 transmembrane domain. Then combined with the molecular dynamic simulation, we will study the self assembly mechanism of transmembrane domain from molecular level. Based on these studies, we design and synthesize the transmemrane peptidies which are specifically binding to CD36 and regulating CD36's biological function. Furthermore, the regulation mechanism of CD36's binding and uptaking of Ox-LDL are investgated to better understanding the biological function of CD36. Our studies will provide the best lead compounds and research ideas to searching for the potential transmembrane peptide drugs with targeted regulation.

膜蛋白结构及其功能的研究是当前化学和生物学的热点和难点领域，而跨膜区自组装分子机制的研究对于了解膜蛋白跨膜信号传导的机理及其相关生物功能具有重要的意义。本课题基于膜蛋白CD36的N端和C端跨膜区在CD36的细胞膜表面表达及其特异性结合并吞噬氧化低密度脂蛋白（Ox-LDL）中的重要作用，拟首先建立研究异源跨膜区自组装相互作用的实验新方法，用于研究CD36的N端和C端跨膜区自组装的相互作用，并结合分子动力学计算机模拟方法从分子结构层次上探究CD36跨膜区自组装相互作用的分子机制。并以此为契机，设计并合成基于跨膜区自组装机制的靶向调控跨膜肽，研究跨膜肽靶向结合CD36跨膜区的作用机理，及其调控CD36吞噬氧化低密度脂蛋白（Ox-LDL）生物学功能的调控机制。本课题基于跨膜区自组装分子机制的研究为寻找潜在的靶向调控跨膜肽药物提供了理想的先导化合物和新的研究思路。

膜蛋白结构及其功能的研究是当前化学和生物学的热点和难点领域，而跨膜区自组装分子机制的研究对于了解膜蛋白跨膜信号传导的机理及其相关生物功能具有重要的意义。细胞质膜上的跨膜糖蛋白CD36在诸多必不可少的细胞信号通路中均发挥关键作用，其中在结合/摄取长链脂肪酸以及氧化修饰的低密度脂蛋白的过程中更是尤为重要。CD36的聚集过程可能是其激活胞质内蛋白酪氨酸激酶的潜在因素，而这些激活的酪氨酸激酶恰恰能够结合在CD36的C末端尾部。为了深入研究CD36介导配体结合以及跨膜信号转导的分子机制，本课题组分别在拟膜环境、生物膜环境以及分子动力学模拟膜环境下测定了CD36跨膜区的自组装特性。首先，我们采用荧光供受体对Pyr、Cou分别标记固相合成纯化所得CD36跨膜多肽TM1，在表面活性剂SDS中通过FRET检测确认TM1发生同源二聚相互作用。随后，我们采用TOXCAT系统在生物膜环境中对CD36跨膜多肽二聚活性进行检测，确认TM1发生二聚，而TM2二聚作用极弱；对TM1进行定点突变扫描检测揭示出其二聚作用是有小残基Gly12，Gly16，Ala20，与Gly23介导的。随后，在分子动力学模拟中，我们不仅确认了CD36 TM1的同源二聚自组装作用，还首次发现其二聚体存在两种右手装配构象分别对应的结构基元为G12xxxG16xxxA20和A20xxG23，并且在模拟突变研究中我们发现G16I以及G23I突变体的结构特征恰恰与发现的两种构象相匹配。最后，我们通过mBBR荧光标记的实验手段采用FRET检测确认了我们的模拟推测结果，区分了两种构象0.7nm范围的细微结构差异，确认CD36 TM1二聚体的装配方式是两种构象动态平衡的。综上，该项目为进一步理解CD36信号转导调控中其自组装的关键作用提供了大量的研究基础以及分子结构信息。