CED-14与CED-1相互识别机制的结构生物学研究

细胞凋亡贯穿于生物全部生命活动中，细胞凋亡过程失常的个体不能正常发育或引起疾患。吞噬细胞对凋亡细胞的识别是细胞凋亡的重要环节。在线虫中，凋亡细胞的吞噬包括两条通路：CED-7、CED-1、CED-6等蛋白是第一条通路的组分；另一条通路分子有CED-2、CED-5、CED-12、CED-10等蛋白质。磷脂酰丝氨酸（PS）是一个凋亡信号分子。PS外翻是凋亡细胞的重要特征，也是被吞噬细胞识别的信号。CED-14是最近在线虫中发现的直接识别凋亡细胞PS的分泌型蛋白。当细胞凋亡时，该蛋白通过结合PS而被募集到细胞表面，并与吞噬细胞表面的CED-1相互作用，介导吞噬细胞对凋亡细胞的识别。本项目拟通过X-射线晶体学方法研究CED-14与PS以及CED-1与CED-14的复合物结构，以期揭示它们相互识别的机制，这不仅有利于人们更加深入的理解凋亡细胞吞噬过程，而且为细胞凋亡过程异常造成的疾病提供理论依据。

凋亡细胞吞噬行为贯穿于组织器官发育过程中，并参与炎症抑制和免疫调节，该过程的缺陷将导致免疫疾病和发育异常。磷脂酰丝氨酸（PtdSer）是一个凋亡信号分子，PtdSer外翻是凋亡细胞的重要特征，也是被吞噬细胞识别的信号。吞噬细胞通过表面受体或者桥联分子识别外翻的PtdSer，从而介导凋亡细胞吞噬，但是该“桥联（cross-link）”的过程是如何发生的尚不清楚。. 本项目通过结构和功能研究揭示了在秀丽线虫凋亡细胞的清除过程中，桥联分子CED-14（TTR-52）介导吞噬细胞识别凋亡细胞的作用机制。在线虫中，CED-14是一个介导凋亡细胞和吞噬细胞的桥联分子，通过识别凋亡细胞上外翻PtdSer来识别凋亡细胞，同时CED-14也可以结合吞噬细胞上的受体CED-1，进而介导凋亡细胞的吞噬。我们通过晶体结构显示CED-14分子形成一个开放的β桶结构，与PKCα-C2的PtdSer结合结构域有一定的相似性。它的第二，第三个loop区域形成一个杯装的正电区，通过阳离子介导PtdSer的结合，从而识别凋亡细胞；结构显示CED-14的C端因为缺少一个β折叠片，造成部分疏水核心暴露，我们通过体内和体外实验都证明CED-14利用该疏水区域与吞噬受体CED-1结合。此外，和其他的PtdSer结合蛋白不同，我们从晶体结构中还观察到CED-14可以形成背靠背的二体，在该二体界面上进行突变可以将二体打开，但是该单体蛋白介导凋亡细胞吞噬的功能大大下降，该结果暗示由二体作为基本单元可能是CED-14发挥功能的形式。. 本项目完成了预定目标，通过结构和功能结合的手段揭示了第一个全长的桥联分子的结构和功能机制，对了解其他高等生物中桥连分子介导的凋亡细胞吞噬机制也有一定指导作用。上述工作发表在2012年的Gene & Development 杂志上。