高福院士PNAS发表重要新成果
生物通/何嫱 · 2016/01/09
在高福院士的领导下,来自中国科学院微生物研究所、四川大学等处的研究人员,揭示出了人类破骨细胞相关受体(OSCAR)识别胶原蛋白的结构基础,并为未来开发出特异性调节胶原蛋白及胶原蛋白互作的新疗法提供了一种有前景的策略。


在高福(George F Gao)院士的领导下,来自中国科学院微生物研究所、四川大学等处的研究人员,揭示出了人类破骨细胞相关受体(OSCAR)识别胶原蛋白的结构基础,并为未来开发出特异性调节胶原蛋白及胶原蛋白互作的新疗法提供了一种有前景的策略。这项工作发布在1月7日的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。

OSCAR是一种激活型的免疫球蛋白(Ig)样胶原蛋白受体。小鼠OSCAR只表达于破骨细胞,而人OSCAR可表达于破骨细胞、单核细胞、粒细胞、巨噬细胞及单核细胞来源的树突细胞上。目前认为OSCAR是破骨细胞形成过程中的关键分子之一。OSCAR能促进破骨细胞形成及存活,促进趋化因子如单核细胞趋化蛋白1、中性粒细胞激活肽78生成,进一步招募前体破骨细胞并促进其分化。此外,研究证实OSCAR还在免疫系统中起重要作用,它能促进免疫细胞的激活和成熟,阻止细胞凋亡,促进促炎因子循环,从而调节先天和后天免疫。

作为淋巴细胞受体复合物(LRC)蛋白家族的成员之一,OSCAR与这一家族其他的胶原蛋白受体包括糖蛋白VI、白细胞相关免疫球蛋白样受体1(LAIR1)和白细胞免疫球蛋白样受体B4具有高度的序列和结构同源性,但它只识别一种独特的胶原蛋白序列。

在这篇文章中,研究人员提供了游离形式的OSCAR以及与CLP的复合物的晶体结构。这些结果揭示出CLP肽只结合OSCAR其中的一个免疫球蛋白样结构域:膜近侧结构域(domain 2)。是由OSCAR蛋白不同寻常的形貌促进了这种结合模式,OSCAR蛋白显示一个钝域间角,domain 2相对膜远侧结构域domain 1旋转。并且,CLP与OSCAR结合似乎主要是由一些酪氨酸残基及一个浅Phe口袋构象改变所介导。此外,他们还将CLP肽作为破骨细胞生成的抑制剂进行了调查,发现长度为40个氨基酸的肽是确保体外充分抑制破骨细胞生成的必要条件。

这些结果提供了OSCAR识别胶原蛋白模式及利用合成肽matrikines来抑制破骨细胞生成的一些有价值的结构新见解。

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  • Structural basis of collagen recognition by human osteoclast-associated receptor and design of osteoclastogenesis inhibitors

    Human osteoclast-associated receptor (OSCAR) is an immunoglobulin (Ig)-like collagen receptor that is up-regulated on osteoclasts during osteoclastogenesis and is expressed in a range of myeloid cells. As a member of the leukocyte receptor complex family of proteins, OSCAR shares a high degree of sequence and structural homology with other collagen receptors of this family, including glycoprotein VI, leukocyte-associated Ig-like receptor-1, and leukocyte Ig-like receptor B4, but recognizes a unique collagen sequence. Here, we present the crystal structures of OSCAR in its free form and in complex with a triple-helical collagen-like peptide (CLP). These structures reveal that the CLP peptide binds only one of the two Ig-like domains, the membrane-proximal domain (domain 2) of OSCAR, with the middle and trailing chain burying a total of 661 Å2 of solvent-accessible collagen surface. This binding mode is facilitated by the unusual topography of the OSCAR protein, which displays an obtuse interdomain angle and a rotation of domain 2 relative to the membrane-distal domain 1. Moreover, the binding of the CLP to OSCAR appears to be mediated largely by tyrosine residues and conformational changes at a shallow Phe pocket. Furthermore, we investigated CLP peptides as inhibitors of osteoclastogenesis and found that a peptide length of 40 amino acids is required to ensure adequate inhibition of osteoclastogenesis in vitro. These findings provide valuable structural insights into the mode of collagen recognition by OSCAR and into the use of synthetic peptide matrikines for osteoclastogenesis inhibition.

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