完全组装的γδ T细胞抗原受体的结构

Structure of a fully assembled γδ T cell antigen receptor

作者信息Benjamin S Gully, João Ferreira Fernandes, Sachith D Gunasinghe, Mai T Vuong, Yuan Lui, Michael T Rice, Liam Rashleigh, Chan-Sien Lay, Dene R Littler, Sumana Sharma, Ana Mafalda Santos, Hariprasad Venugopal, Jamie Rossjohn, Simon J Davis
PMID39146975
期刊Nature
发布时间2024-10
DOI10.1038/s41586-024-07920-0

实验完整度

利用冷冻电镜解析复合物结构,结合功能实验(Jurkat细胞激活、单分子成像、FLIM-FRET)验证,并通过嵌合体构建探究机制,涉及多层级验证。

主要模型

CHO-S细胞表达系统 Jurkat T细胞系 C1R细胞系

重点核对

γδ TCR克隆G83.C4 UCHT1 Fab片段浓度 MR1配体5-OP-RU浓度 刺激时间点(4小时和20小时) 信号传导效率(CD69表达、TCR磷酸化)

摘要

有颌脊椎动物中的T细胞包含两个谱系:αβ T细胞和γδ T细胞,它们分别由所表达的抗原受体(即αβ和γδ T细胞受体(TCR))来定义。这两个谱系具有不同的免疫学作用,要求γδ TCR识别结构更多样化的配体1。然而,两种受体使用共享的CD3亚基来启动信号传导。尽管αβ TCR的结构组织已被了解2,3,但γδ TCR的结构仍是未知的。在这里,我们使用冷冻电子显微镜确定了完全组装的、反应性MR1的人Vγ8Vδ3 TCR–CD3δγε2ζ2复合物与抗CD3ε抗体Fab片段结合的结构4,5。γδ和αβ TCR中CD3亚基的排列是保守的,尽管TCR-γδ和-αβ亚基的跨膜α螺旋在序列上存在显著差异,但八个跨膜螺旋束的堆积方式相似。然而,与明显刚性的αβ TCR2,3,6相比,γδ TCR由于配体结合的TCR-γδ亚基仅通过其跨膜区域与CD3亚基相连而表现出相当大的构象异质性。通过将Vγ8Vδ3 TCR可变结构域转移到αβ TCR上来减少这种构象异质性增强了受体信号传导,这表明γδ TCR的组织反映了有效信号传导与参与结构多样化配体的能力之间的折衷。我们的发现揭示了TCR在进化时间尺度上的显著结构可塑性,并将其重塑为一种高度通用的受体,能够以刚性或柔性结构启动信号传导。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
γδ TCR与αβ TCR相比,其结构组织如何?
核心机制
γδ TCR通过其较长的连接肽和柔性胞外域表现出构象异质性,导致配体结合亚基与CD3亚基之间的相对运动,而αβ TCR则是刚性的,这种柔性差异导致γδ TCR信号传导效率较低。
主要证据
通过冷冻电镜解析了G83.C4 γδ TCR–CD3复合物结构,发现CD3亚基排列保守但TCR-γδ胞外域具有动态性;功能实验显示G83.C4 γδ TCR激活效率低于AF-7 αβ TCR,但将γδ TCR可变区移植到αβ TCR(G83/AF7CH)可增强信号传导。
研究意义
该结构揭示了γδ TCR的独特结构组织,为理解γδ TCR如何平衡信号传导效率与配体多样性提供了基础,可能有助于γδ TCR的工程化改造和优化其在治疗环境中的反应性。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

γδ TCR表达与纯化

获得稳定、纯化的γδ TCR–CD3复合物用于结构研究。

将编码G83.C4 γδ TCR六个亚基的构建体通过慢病毒转导至CHO-S细胞中,通过Twin-StrepTag亲和纯化和尺寸排阻色谱纯化复合物。

2

冷冻电镜结构解析

确定γδ TCR–CD3复合物的三维结构。

纯化的γδ TCR与UCHT1 Fab片段结合后,进行冷冻电镜数据采集和图像处理,获得3.01 Å的共识图谱和3.39 Å的跨膜区聚焦图谱,并构建原子模型。

3

功能验证:T细胞激活实验

比较γδ TCR和αβ TCR在抗原刺激下的激活效率。

将表达G83.C4 γδ TCR或AF-7 αβ TCR的Jurkat T细胞与MR1-5-OP-RU处理的C1R细胞共培养,检测CD69表达。

4

单分子成像分析

评估γδ TCR和αβ TCR在抗原刺激下的磷酸化水平差异。

使用支持脂质双层呈现MR1-5-OP-RU,通过dSTORM单分子成像检测TCR和磷酸化CD3ζ的聚集和共定位。

5

嵌合受体构建与功能评估

验证γδ TCR可变区对信号传导的影响。

构建G83/AF7CH和AF7/G83CH嵌合TCR,在Jurkat T细胞中表达,检测其MR1结合能力、OKT3诱导的CD69表达和TCR磷酸化。

6

FLIM-FRET分析

直接评估TCR配体结合亚基与CD3ε之间的距离和灵活性。

用荧光标记的MR1-5-OP-RU作为供体,UCHT1 Fab-AF647作为受体,通过FLIM-FRET测量效率间接反映亚基间距离。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基Gibco41965-039
FreeStyle CHO表达培养基Thermo Fisher12651-022
GeneJuice转染试剂Merck70967-6
Strep-Tactin XT 琼脂糖Cytiva--
Superose 6 Increase 10/300GL 色谱柱Cytiva--
Bolt 4-12% Bis-Tris Plus 凝胶InvitrogenNW04125BOX
Pierce银染试剂盒Thermo Fisher24612
d-生物素MerckB4501
月桂基麦芽糖新戊二醇Anatrace--
甘醇二糖苷----
Titan Krios 透射电子显微镜Thermo Fisher Scientific--
K3直接检测相机Gatan--
UltrAuFoil R1.2/R1.3 金网QuantiFoil--
Vitrobot Mark IV 冷冻制备仪Thermo Fisher Scientific--
HEK293T细胞系ATCCCRL-3216
CHO-K1细胞系Lonza--
CHO-S细胞系Thermo FisherR80007
抗人CD3ε抗体(克隆UCHT1)Biolegend300408
抗人TCR-γδ抗体(克隆B1)Biolegend331210
Attune NxT流式细胞仪Thermo Fisher--
OKT3抗体TONBO Biosciences70-0037-U100
抗CD69-Pacific Blue抗体BioLegend310920
抗CD20-PE.Cy7抗体BioLegend302312
抗CD3ε-FITC抗体BioLegend300440
抗CD3ε-Alexa Fluor 647抗体BioLegend300416
抗磷酸化CD3ζ-Alexa Fluor 568抗体BD Biosciences558402
TetraSpeck微球InvitrogenT7279
葡萄糖氧化酶Sigma-AldrichG2133
过氧化氢酶Sigma-AldrichC-100
链霉亲和素InvitrogenS11223
1,2-二油酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱Avanti Polar Lipids850375C
1,2-二油酰-sn-甘油-3-[N-(5-氨基-1-羧基戊基)亚氨基二乙酸]琥珀酰(镍盐)Avanti Polar Lipids790404C
带His标签的ICAM1Sino Biological10346-H08H
Atto 594 马来酰亚胺----
Leica Stellaris 5 共聚焦显微镜Leica--
多聚左旋赖氨酸MerckP8920
DNA酶IRoche--
Benzonase核酸酶Sigma--
cOmplete蛋白酶抑制剂混合物(无EDTA)Roche--
细胞破碎仪(1.1千瓦)Constant Systems--
Type 45 Ti 转子Beckman-Coulter--
Type 70 Ti 转子Beckman-Coulter--
HiLoad 16/600 Superdex 200 pg 色谱柱Cytiva--
AKTAPure 纯化系统Cytiva--
CaptureSelect C-tagXL 亲和基质Thermo Fisher943072050
SEPEA肽GenScript--
10 kDa截留分子量过滤器Amicon--
Smart EPU 软件Thermo Scientific--
Nikon N-STORM 5.0 显微镜Nikon--
Orca-Flash 4.0 V3 相机Hamamatsu--
LSRFortessa 细胞分析仪Becton Dickinson--
胆固醇--57-88-5

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
γδ TCR表达与纯化
细胞系CHO-S,慢病毒转导,Twin-StrepTag标记CD3-γ,纯化缓冲液条件
阅读提示:Methods: Cell culture, Lentivirus production, γδ TCR protein expression, Purification of the γδ TCR
冷冻电镜结构解析
UCHT1 Fab片段与γδ TCR摩尔比(10倍过量),蛋白质浓度5 mg/ml,冷冻电镜参数
阅读提示:Methods: Cryo-EM sample preparation, Cryo-EM data collection parameters
T细胞激活实验
Jurkat T细胞系(TCR敲除),C1R细胞,5-OP-RU浓度范围,共培养时间(4小时和20小时),UCHT1 Fab浓度(0-50 μg/μl),OKT3包被浓度
阅读提示:Methods: Jurkat T cell activation, Extended Data Fig. 11
单分子成像
支持脂质双层脂质组成,MR1(5-OP-RU)浓度(1-100 nM),ICAM1浓度(200 ng/ml),刺激时间5分钟,固定和染色条件
阅读提示:Methods: SLBs, T cell stimulation and immunostaining, Single-molecule imaging with dSTORM
FLIM-FRET
供体Atto594标记MR1浓度(1 ng/μl),受体AF647标记UCHT1 Fab用量(100 ng/30 μl),成像温度37°C
阅读提示:Methods: FLIM-FRET assay