3月10日，黃志偉教授課題組以“膽固醇通過直接限制TCR-CD3覈心通道的構象變化抑制T細胞受體啟動”為題，在《分子細胞》（Molecular Cell）上發表研究論文，該研究揭示了膽固醇抑制T細胞受體活性的分子機制。
T細胞是脊椎動物適應性免疫的重要細胞，在病毒感染、癌症以及自體免疫疾病中起著關鍵作用。T細胞通過其TCR-CD3受體複合物特异性識別抗原，將胞外的抗原識別訊號跨膜傳遞到T細胞內，啟動胞內的適應性免疫訊號通路，啟動免疫反應。在2019年，該課題組在《自然》（Nature）上發表了題為“人T細胞受體-共受體複合物組裝的結構基礎”（Structural basis of assembly of the human TCR-CD3 complex）的研究文章，首次解析了人T細胞受體複合物（包含全部8個亞基）的高解析度冷凍電鏡結構，揭示了TCR-CD3亞基在膜外側以及膜內識別、組裝成功能複合物的分子機制。但一直以來，T細胞受體如何將胞外抗原訊號傳遞到胞內啟動T細胞的這一關鍵機制的結構基礎並不清楚。
在這項研究中，該課題組解析了人源野生型、硫酸膽固醇結合型以及組成型啟動的3種狀態的TCR-CD3複合物的高解析度冷凍電鏡結構。首先通過解析3.2埃的野生型TCR-CD3複合物的高解析度結構，發現兩個膽固醇分子結合在TCR-CD3複合物的跨膜螺旋圍成的通道內（課題組稱之為“膽固醇結合通道”，通過質譜、解析硫酸膽固醇結合的TCR-CD3複合物、放射性標記膽固醇競爭性實驗，證實TCR膽固醇結合通道結合的是膽固醇分子）。在該靜息態的TCR複合物結構中，CD3ζ亞基跨膜螺旋的中間至C端和TCR其他亞基的互作主要由兩個尾部相連的膽固醇二聚體分子介導，膽固醇二聚體分子就像閂鎖將CD3ζ的跨膜α螺旋鎖定在非活性的構象狀態。
之後，課題組基於TCR結構產生系列突變體以阻斷其與膽固醇結合，功能實驗發現TCR突變體獲得了不依賴抗原的CD3ζ亞基胞內區的磷酸化，說明突變體具有組成型啟動的能力。為進一步研究這些突變體組成型啟動的機制，該課題組解析了其中一個組成型啟動的突變體（TCRβL281A/L285A）的結構，分析發現該突變體的膽固醇結合通道中的膽固醇二聚體分子結合被打破，將該突變體和野生型TCR複合物結構進行比較，發現該突變體在CD3ζ跨膜螺旋近C端區發生顯著的構象變化，勢必帶動與C端緊密相連的CD3ζ胞內尾巴發生構象變化，暴露出其磷酸化位點，進而啟動胞內訊號通路。
TCR複合物作為T細胞識別抗原、啟動免疫反應的關鍵分子，其啟動活性受到精確調控，以免在沒有抗原結合或非特异性抗原結合後引發非特异性的啟動，進而導致自免疫反應。囙此，在未結合抗原時，TCR通過結合膽固醇分子使其維持在靜息態構象，結合特异性抗原後，觸發TCR構象變化，解除膽固醇對TCR的構象限制，從而啟動TCR。該研究通過捕捉到TCR在靜息和啟動兩種狀態的構象，揭示膽固醇限制TCR活性的機制，對認識TCR從靜息狀態到啟動狀態的構象變化提供結構和理論依據，同時為理性設計靶向TCR調控T細胞活性的新型免疫療法，治療自免疫等疾病具有重要意義。
黃志偉教授為通訊作者。博士後陳彥、朱玉威副研究員、博士生李想和大學生高文博為論文的共同第一作者。博士生甄梓期、博士後董德、大學生黃不了、張帆研究員和電鏡平臺馬卓、張安琪、郭長友參與該研究工作。北京生命科學研究所宋小翠和馬燕老師進行了質譜工作。本項目受到黑龍江省頭雁團隊原創探索基金和國家自然科學基金的資助。
論文連結：https://doi.org/10.1016/j.molcel.2022.02.017
膽固醇（CLR）和硫酸膽固醇（CS）結合狀態下的TCR複合物結構
組成型啟動態和野生型TCR結構比較（A）以及TCR工作模型（B）