GPI-LU亚家族蛋白的结构研究

Ly-6/uPAR (LU) domain is also named three-fingered domain based on its topology and is highly conserved in its disulfide bonding pattern. Glycophosphatidylinositol (GPI)-anchored LU domain-containing cell receptors play important roles in cell adhesion and signaling. The structural information of this family is scarce due to the protein complexity from post-translational modifications and the structural flexibility, which poses challenges for structural biology study. It is not fully understood how do the LU-domains connect to each other, how the receptors mediate signaling through their dimerization, and how do the receptors interact with their ligands. This application proposes to determine the structures of a number of GPI-LU ectodomains: C4.4A, LYPD4, TEX101 and CD177, the complex between CD177 and its ligand, and the homodimers of CD59 and uPAR. As the preliminary results, the applicant has determined the structure of uPAR dimer and obtained the crystals of C4.4A, laying out a foundation for the success of this proposal.

Ly-6/uPAR（LU）结构域家族成员是二硫键保守的三指状蛋白。含GPI锚的GPI-LU亚家族成员主要在细胞黏连和信号传导方面起作用，与人类疾病紧密相关。由于蛋白后翻译修饰的复杂性及结构的灵活性，这类蛋白的X射线结构测定比较困难，目前关于这类蛋白的结构研究尚少。作为无胞内结构域的蛋白，它们如何通过二聚体介导胞外信号的传导？它们如何与配体相互作用、这种相互作用是否诱导GPI-LU的构象变化？这些问题都有待结构信息进行解决。本申请拟研究这类蛋白中C4.4A、LYPD4、TEX101、Haldisin和CD177的原子水平结构、CD59和uPAR的同源二聚体结构，及CD177与配体的复合物结构。本申请将有助于深入了解这类蛋白发挥功能的分子基础，为以这类蛋白为靶点的药物设计提供理论支持。目前，我们已解析了uPAR二聚体的晶体结构，并获得了C4.4A的晶体，以上工作为本项目的顺利完成奠定了基础。

Ly-6/uPAR（LU）结构域家族主要由一类二硫键高度保守的三指状蛋白组成。LU 家族成员表达在各种不同的组织中，在不同的生理过程中起作用，例如免疫调节功能、神经受体兴奋性调节以及细胞粘附与迁移调节等。其中含GPI锚的GPI-LU亚家族成员主要在细胞黏连和信号传导方面起作用，与人类疾病紧密相关。由于蛋白后翻译修饰的复杂性以及结构的灵活性，这类蛋白的晶体结构解析工作一直以来比较困难，目前关于这类蛋白的结构研究尚少。作为无胞内结构域的蛋白，它们如何通过二聚体介导胞外信号的传导？它们如何与配体相互作用、这种相互作用是否诱导GPI-LU的构象变化？这些问题都有待结构信息进行解决。在本项目研究中，利用X-射线晶体衍射技术为主要研究手段，结合其他生物化学和生物物理方法。我们重点研究了LU结构域家族中的C4.4A和uPAR等蛋白的原子水平结构及它们与配体的相互作用。我们成功获得了首个含有两个LU结构域的人源C4.4A晶体结构，揭示其有别于三LU结构域蛋白uPAR的二聚化结构模式，并基于其与抗体的结构，结合分子对接推测了C4.4A与配体AGR2相互作用方式。另外，我们成功在体外重构了uPAR二聚体并解析其晶体结构，发现N端的domain swapping对其二聚起到关键的作用。我们对形成domain swapping关键的hinge处氨基酸进行了一系列的突变，并且对突变体在细胞表面的二聚程度、对ATF的结合差异及在膜上的分布进行了研究，进一步验证了我们的三维结构。同时我们还发现uPAR二聚体可以明显促进细胞的增殖。此外，我们还拓展了GPI-LU亚家族蛋白的诊疗和重组表达中的应用。这些为全面了解GPI-LU亚家族蛋白的生物学作用奠定了基础，也将为以这类蛋白为靶点的药物设计提供理论支持，完成了本项目预定研究目标。截止目前为止本课题组依托该项目资助，目前已经发表相关研究性学术论文30篇，并申请了多项发明专利。