Molekylære chaperoninteraktioner visualiseret gennem røntgenstrukturanalyse

Som task forces af det adaptive immunsystem er T-lymfocytter ansvarlige for at angribe og dræbe inficerede eller kræftceller. Sådanne celler, som næsten alle celler i den menneskelige krop, præsenterer på deres overflade fragmenter af alle de proteiner, de producerer indeni. Hvis disse omfatter peptider, som en T-lymfocyt genkender som fremmede, aktiveres lymfocytten og dræber den pågældende celle.

Det er derfor vigtigt for et robust T-cellerespons, at egnede proteinfragmenter præsenteres for T-lymfocytten. Forskerholdet ledet af Simon Trowitzsch og Robert Tampé fra Institut for Biokemi ved Goethe Universitet Frankfurt har nu kastet lys over, hvordan cellen udvælger disse proteinfragmenter eller peptider.

Peptidpræsentation finder sted på såkaldte major histocompatibility complex klasse I molekyler (MHC I). MHC I-molekyler er en gruppe af meget forskellige overfladeproteiner, der kan binde myriader af forskellige peptider. De er forankret i cellemembranen og danner en peptidbindende lomme med deres udadvendte del.

Som alle overfladeproteiner tager MHC I-molekyler den såkaldte sekretoriske vej:de syntetiseres ind i cellens hulrumssystem (endoplasmatisk retikulum (ER) og Golgi-apparat) og foldes der. Små vesikler knopper derefter ud fra hulrumssystemet, migrerer til cellemembranen og smelter sammen med den.

Modningsprocessen for MHC I-molekylerne er meget strengt kontrolleret:i ER hjælper proteiner kendt som "chaperones" dem med at folde. Chaperone-tapasinet er essentielt for peptidladning i denne proces.

"Når et MHC I-molekyle har bundet et peptid, tjekker tapasin, hvor tæt bindingen er," siger Trowitzsch og forklarer chaperonens opgave. "Hvis bindingen er ustabil, fjernes peptidet og erstattes af et tæt bindende." Det har dog endnu ikke været muligt at afklare, hvordan tapasin præcist udfører denne opgave – især fordi indlæsningsprocessen er ekstremt hurtig.

Biokemikerne og strukturbiologerne fra Goethe Universitet Frankfurt er nu for første gang lykkedes med at visualisere den kortvarige interaktion mellem chaperone og MHC I-molekyle ved hjælp af røntgenstrukturanalyse.

For at gøre dette producerede de varianter af de to interaktionspartnere, der ikke længere var indlejret i membranen, rensede dem og bragte dem sammen. Et trick hjalp med at fange ladningskomplekset i aktion til krystallisering:Først indlæste forskerholdet MHC I-molekylet med et højaffinitetspeptid, så et stabilt kompleks blev skabt.

Et lyssignal udløste spaltning af peptidet, hvilket i høj grad reducerede dets evne til at binde MHC I-molekylet. Med det samme kom tapasin ind i scenen og forblev bundet til MHC I-molekylet, der mangler sit peptid. "Den foto-inducerede spaltning af peptidet var afgørende for succesen af ​​vores eksperiment," siger Tampé. "Ved hjælp af denne optokemiske biologi kan vi nu systematisk reproducere komplekse cellulære processer en efter en."

Røntgenstrukturanalyse af krystallerne afslørede, hvordan tapasin udvider den peptidbindende lomme i MHC I-molekylet og derved tester styrken af ​​peptidbindingen. Til dette formål danner interaktionspartnerne et stort kontaktområde; for stabilisering sidder en løkke af tapasin oven på den udvidede bindingslomme.

"Det er første gang, vi har vist processen med at indlæse i høj opløsning," siger Tampé. Billederne afslører også, hvordan en enkelt chaperone kan interagere med den enorme mangfoldighed af MHC I-molekyler, siger biokemikeren. "Tapasin binder præcist de ikke-variable områder af MHC I-molekylerne." Den nye struktur forbedrer imidlertid ikke kun vores forståelse af de komplekse processer, der er involveret i lastning af MHC I-molekyler. Det bør også hjælpe med at udvælge egnede kandidater til vaccineudvikling.

Forskningen blev offentliggjort i Nature Communications . + Udforsk yderligere

Vejskilte til immunforsvarsceller