發(fā)布時(shí)間：2018-07-21 16:55

【摘要】：固有免疫,也叫做非特異性免疫或者天然免疫,在脊椎動(dòng)物中是抵御病原菌入侵的第一道防線,在無脊椎動(dòng)物和植物中則是唯一的防御系統(tǒng)。天然免疫系統(tǒng)可以通過數(shù)目有限的一系列由胚系編碼的模式識(shí)別受體(pattern-recognition receptors, PRRs)來識(shí)別病原微生物產(chǎn)生的種類相對(duì)比較固定的代謝產(chǎn)物,也就是病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMPs).病原相關(guān)分子模式中非常具有代表性的一類就是作為大多數(shù)細(xì)菌細(xì)胞壁的重要組成成分的肽聚糖(Peptidoglycans, PGNs)。而肽聚糖識(shí)別蛋白(Peptidoglycan Recognition Proteins, PGRPs),就是一類可以專一性識(shí)別和/或水解肽聚糖的模式識(shí)別受體。從除線蟲以外的低等無脊椎動(dòng)物到高等哺乳動(dòng)物都存在結(jié)構(gòu)上比較保守的肽聚糖識(shí)別蛋白,但它們的數(shù)量和功能有很大差異。文昌魚通常被視作脊椎動(dòng)物祖先的模式生物,由于經(jīng)歷了一個(gè)被稱作“免疫大爆發(fā)”的過程,從而具有了種類非常豐富的天然免疫分子。文昌魚中目前已經(jīng)鑒定出來17-18種肽聚糖識(shí)別蛋白,通過生物信息學(xué)對(duì)它們進(jìn)行分析,這些肽聚糖識(shí)別蛋白均含有酰胺酶活性所必須的關(guān)鍵性氨基酸殘基,可能作為效應(yīng)分子行使功能。目前已經(jīng)被鑒定出來的青島文昌魚肽聚糖識(shí)別蛋白中,有3個(gè)被分別命名為BbtPGRP1-3的蛋白具有非常獨(dú)特結(jié)構(gòu)域組成,它們都包含一個(gè)N端幾丁質(zhì)結(jié)合結(jié)構(gòu)域和一個(gè)C端肽聚糖識(shí)別結(jié)構(gòu)域。而幾丁質(zhì)結(jié)合結(jié)構(gòu)域通常廣泛存在于各種動(dòng)物和植物當(dāng)中,通過多糖結(jié)合能力行使抗真菌和／或抗細(xì)菌功能。我們選取了青島文昌魚的BbtPGRP3蛋白作為研究靶標(biāo),解析了它的全長蛋白2.7 A的晶體結(jié)構(gòu),包括一個(gè)N端的類橡膠素(hevein-like)的幾丁質(zhì)結(jié)合結(jié)構(gòu)域和一個(gè)C端的具有催化活性的肽聚糖識(shí)別結(jié)構(gòu)域。同時(shí)我們通過定點(diǎn)突變結(jié)合酶活實(shí)驗(yàn),確定C端的肽聚糖識(shí)別結(jié)構(gòu)域同時(shí)具有對(duì)DAP類型和Lys類型肽聚糖的酶活,并且對(duì)DAP類型肽聚糖的活性更高。而N端的幾丁質(zhì)結(jié)合結(jié)構(gòu)域在幾丁質(zhì)結(jié)合能力之外,還可以通過多糖結(jié)合能力使全長BbtPGRP3相比單獨(dú)C端肽聚糖識(shí)別結(jié)構(gòu)域?qū)ys類型肽聚糖的活性提高5倍,從而使得BbtPGRP3有一個(gè)更為廣譜的底物識(shí)別特性。最后,我們推測文昌魚的進(jìn)化可能是一個(gè)基因水平轉(zhuǎn)移結(jié)合結(jié)構(gòu)域重排的“模塊化進(jìn)化”過程。
[Abstract]:Innate immunity, also known as nonspecific or innate immunity, is the first line of defense against pathogens in vertebrates and the only defense system in invertebrates and plants. The innate immune system can identify relatively fixed metabolites produced by pathogenic microorganisms by a limited number of pattern-recognition receptor receptors (PRRs) encoded by embryoids, that is, pathogen-associated molecular patternsassociated patterns (PAMPs). Peptidoglycans (PGNs), an important component of the cell wall of most bacteria, is one of the most representative of pathogen-associated molecular patterns. Peptidoglycan recognition proteins (PGRPs) are a kind of pattern recognition receptors that can specifically recognize and / or hydrolyze peptidoglycan. From low invertebrates except nematodes to higher mammals, there are conserved peptidoglycan recognition proteins, but their numbers and functions are very different. Amphioxus is often regarded as a model animal of vertebrate ancestors, with a very rich variety of innate immune molecules due to a process known as "immune explosion". At present, 17-18 peptidoglycan recognition proteins have been identified in amphioxus and analyzed by bioinformatics. These peptidoglycan recognition proteins all contain the key amino acid residues necessary for the activity of actamases. It may function as an effector molecule. Among the peptidoglycan recognition proteins of Qingdao amphioxus, three proteins named BbtPGRP1-3 have very unique domain composition. They contain a N-terminal chitin binding domain and a C-terminal peptidoglycan recognition domain. Chitin binding domains are commonly found in various animals and plants and function as antifungal and / or antimicrobial agents through polysaccharide binding ability. The BbtPGRP3 protein of Qingdao amphioxus was selected as the research target, and the crystal structure of its full-length protein 2.7 A was analyzed. It includes a chitin binding domain of N-terminal rubberoid (hevein-like) and a C-terminal peptidoglycan recognition domain with catalytic activity. At the same time, we confirmed that C-terminal peptidoglycan recognition domain had enzyme activity for DAP type and Lys type peptidoglycan, and had higher activity for DAP type peptidoglycan by site-directed mutation combined with enzyme activity experiment. In addition to the chitin binding ability, the N-terminal chitin binding domain can enhance the activity of the full-length BbtPGRP3 to Lys type peptidoglycan by 5 times compared with the single C-terminal peptidoglycan recognition domain. Thus, BbtPGRP3 has a wider spectrum of substrate recognition characteristics. Finally, we speculate that the evolution of amphioxus may be a "modular evolution" process of gene horizontal transfer and domain rearrangement.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：Q51

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本文編號(hào)：2136182