CD44-选择素/透明质酸互作的反应动力学差异与微观结构基础

来源 :李林达 |
跨膜蛋白CD44广泛表达于多种细胞,其与配体的相互作用在淋巴细胞归巢、干细胞分化、炎症级联反应、肿瘤转移等生理或病理过程中发挥重要作用。CD44-选择素相互作用是经典炎症级联反应中介导细胞粘附的重要分子体系,但
跨膜蛋白CD44广泛表达于多种细胞,其与配体的相互作用在淋巴细胞归巢、干细胞分化、炎症级联反应、肿瘤转移等生理或病理过程中发挥重要作用。CD44-选择素相互作用是经典炎症级联反应中介导细胞粘附的重要分子体系,但是其相互作用的研究,尤其是CD44与三种不同选择素相互作用差异,还尚不清晰,包括分子层次的反应动力学与微观结构层次的相互作用位点特征。另外,CD44与另一重要配体透明质酸(Hyaluronic acid,HA)相互作用,在肝脏免疫反应中具有重要作用,是肝血窦内介导白细胞募集的主要分子体系。生理在体环境中,高、低分子量HA并存并具有免疫功能差异,但是高、低分子量HA免疫效应的不同是否与CD44-HA相互作用能力有关,尚不清楚。基于此,本论文以免疫反应为生物学背景,针对在经典与肝脏免疫反应中起关键作用的CD44-选择素、CD44-HA相互作用分子体系,通过实验与模拟相结合的研究方法,重点关注CD44与三种不同选择素相互作用的反应动力学差异及微观结构基础,以及不同分子量HA-CD44相互作用反应动力学及其力学调控规律等两个方面的科学问题,为深入理解其生物学功能提供基础数据。论文主要结论如下:1.CD44-选择素相互作用的反应动力学差异及微观结构基础CD44与三种不同选择素之间的相互作用具有明显差异。流体剪切条件下,CD44-E-选择素相互作用主要介导微珠的稳定粘附;CD44-P-选择素相互作用主要介导微珠滚动粘附和少量稳定粘附;而CD44-L-选择素相互作用则主要介导微珠的瞬时粘附。分子层次上,CD44-E选择素相互作用断裂力显著高于CD44-P-选择素、CD44-L-选择素相互作用体系,后两者之间没有明显差异。进一步基于模拟结果,预测CD44结合在E-选择素Lectin与EGF结构域之间的铰链区,具有最低结合自由能,并在力致解离模拟过程中呈现最高断裂力与最长分子键寿命;而CD44则结合在P-选择素Lectin结构域的侧面,以及L-选择素EGF结构域的侧面,虽然结合位点不同,但是CD44与P-选择素、L-选择素相互作用自由能以及力致解离模拟过程中的分子键断裂力与寿命基本可比。模拟与实验结果一致。2.不同分子量HA-CD44相互作用的反应动力学及其力学调控规律不同分子量HA与CD44相互作用具有明显差异。细胞层次上,CD44-HA相互作用仅在较低剪切力下有效介导细胞粘附,高分子量HA与CD44的相互作用具有更强的介导细胞粘附能力,而低分子量HA与CD44的相互作用则呈现不同的模式,其介导的粘附细胞抗剪切能力更高。分子层次上,高分子量HA与CD44相互作用的断裂力高于低分子量HA体系。而且,高分子量HA与CD44相互作用更利于粘附细胞的铺展,并在较低剪切力下有效促进CD18与CD44的表达、以及CD44的极化。综上所述,针对CD44-选择素相互作用体系,发现CD44-E-选择素相互作用比P-选择素、L-选择素更稳定,实验测量与模拟预测一致;针对CD44-HA相互作用体系,高分子量HA与CD44相互作用强,并可在低剪切下促进CD18、CD44的表达以及CD44的极化。本论文工作为从分子层次相互作用以及结构-功能关系角度,认识CD44与不同配体互作的生物学功能提供基础数据。
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