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Jul 25, 2023

인간 NK 세포 NKR의 구조

Nature Communications 13권, 기사 번호: 5022(2022) 이 기사 인용

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인간 C형 렉틴 유사 수용체인 자연 살해(NK) 세포 억제 수용체 NKR-P1에 의한 신호 전달은 많은 면역 관련 질병 및 암에서 중요한 역할을 합니다. C형 렉틴 유사 수용체는 리간드에 대한 친화력이 약합니다. 따라서 기능을 이해하려면 세포 표면 수용체의 자연 상태를 고려하는 NKR-P1-LLT1 상호 작용의 포괄적인 모델을 설정하는 것이 필요합니다. 여기에서 우리는 NKR-P1이 예상치 못한 배열로 동종이량체를 형성하여 두 개의 LLT1 분자를 연결하는 두 가지 모드에서 LLT1 결합을 가능하게 한다는 증거를 제공하는 NKR-P1 및 NKR-P1:LLT1 복합체의 결정 구조를 보고합니다. 이러한 상호작용 클러스터는 억제성 면역 시냅스를 암시합니다. SEC-SAXS 분석을 사용하여 용액에서 이러한 클러스터의 형성을 관찰하고 세포 표면의 dSTORM 초고해상도 현미경을 관찰하고 새로 분리된 NK 세포를 사용하여 수용체 신호 전달에서 이들의 역할을 추적함으로써 우리는 두 LLT1 결합의 결찰만이 가능하다는 것을 보여줍니다. 인터페이스는 효과적인 NKR-P1 억제 신호 전달로 이어집니다. 요약하면, 우리의 연구 결과는 상호작용하는 단백질이 약한 리간드-수용체 친화성을 극복하고 면역 시냅스에서 세포 접촉 시 신호 전달을 촉발할 수 있도록 하는 NKR-P1:LLT1 클러스터링 모델을 종합적으로 뒷받침합니다.

자연 살해(NK) 세포는 광범위한 활성화 및 억제 표면 수용체를 갖춘 선천성 면역 림프구로, "실종" 및 "유도 자가" 메커니즘을 통해 악성 세포, 감염 세포 또는 기타 변형된 세포를 민감하게 인식하고 죽일 수 있습니다. ADCC(항체 의존성 세포 매개 세포 독성)를 통해1. 또한, NK 세포는 여러 종류의 사이토카인, 특히 전염증성 IFN-γ1을 분비하여 적응성 면역 반응의 시작과 발달에도 기여합니다. 흥미롭게도, 최근 연구 결과에 따르면 NK 세포는 면역학적 기억의 형태를 유지할 수도 있으며1,2 이는 특히 수용체를 통해 면역에서 NK 세포가 수행하는 주요 역할을 더욱 강조합니다.

NK 수용체는 면역글로불린 유사 수용체 계열과 C형 렉틴 유사 수용체(CTLR)3,4라는 두 가지 구조적으로 다른 클래스로 구성됩니다. CTLR은 자연 살해 유전자 복합체(NKC, 인간 염색체 12번) 내에서 암호화되며, C형 렉틴과 달리 CTLR은 칼슘 이온과 결합하지도 않고 탄수화물 리간드와도 결합하지도 않습니다5,6. 대신, CTLR은 단백질 리간드와 상호작용하는 것으로 알려져 있습니다. 예를 들어, Ly49, CD94/NKG2 또는 NKG2D와 같은 수용체는 MHC 클래스 I 유사 분자3를 인식하는 반면, NKR-P1 서브패밀리의 수용체는 구조적으로 관련성이 높은 Clr/Ocil CTLR을 인식합니다. 이는 NKR-P1 코딩 KLR 유전자와 유전적으로 밀접하게 연결된 CLEC2 유전자3,5에 의해 코딩됩니다. 이 독특한 CTLR:CTLR 상호 작용 시스템은 MHC가 아닌 자기 실종 및 유도 자기 인식 모두에 관여합니다3,4,5. 여러 억제 및 활성화 NKR-P1 수용체가 생쥐와 쥐에서 설명되었습니다. 그러나 인간 수용체 NKR-P1(CD161, KLRB1 유전자)은 1994년 이후 지금까지 기술된 유일한 인간 이종상동체로 남아 있습니다7. 그럼에도 불구하고, NKR-P1에 대한 구조적 및 기능적 상동성을 기반으로 인간 활성화 CTLR:리간드 쌍 NKp65:KACL(KLRF2:CLEC2A)8 및 NKp80:AICL(KLRF1:CLEC2B)9가 인간 NKR-P1의 활성화 대응물로 제안되었습니다. P14,10.

인간 NKR-P1(CD161)은 NK 세포의 마커로 처음 보고되었으며, 여기서 NKR-P1은 IL-1213에 의해 상향 조절되는 억제 수용체로 작용합니다. 그러나 NKR-P1은 자연 살해 T(NKT) 세포, 점막 관련 불변 T(MAIT) 세포 및 T-림프구의 다른 하위 집합에서도 발현됩니다. 여기서 NKR-P1은 공동 자극 수용체 역할을 하여 IFN-를 증가시킵니다. γ 분비11,17. 당연히 NKR-P1은 미성숙 CD16- CD56- NK 세포와 제대혈의 Th17 및 MAIT 세포 전구체에서도 검출됩니다. 최근 NKR-P1은 신경교종 세포의 T 세포 매개 사멸에 억제성, 면역억제 역할을 하는 신경교종 침윤 T 세포에서 확인되었습니다. 또한, NKR-P1은 내인성 리간드인 렉틴 유사 전사체 1(LLT1)19,21,22과의 상호작용 시 면역학적으로 특권이 있는 틈새로의 경내피 이동을 촉진합니다.

a Dimerization interface of human NKR-P1. Subunits of human NKR-P1 are shown as Cα-trace (blue and cyan), and the dimer contact residues are shown as sticks with carbon atoms colored in light blue (blue subunit) and orange (cyan subunit); for clarity, only the residues of the blue subunit are labeled. The first GlcNAc unit N-linked to Asn116 and the carbohydrate chain N-linked to Asn169, observable in the NKR-P1_glyco structure, are shown with carbon atoms colored yellow and green, respectively. b Top view of the dimerization interface. The NKR-P1 subunits surfaces are colored blue and cyan. The GlcNAc units bound to Asn116 are shown as sticks with carbon atoms in yellow. Contact residues between the GlcNAc bound to chain A, and the chain B, are shown in yellow, whereas contact residues between the GlcNAc bound to chain B, and the chain A, are shown in purple. Hydrogen bonds are shown as green-dashed lines with a detailed view on the right-hand side. c Mixed glycosylation states at the dimer interface in the NKR-P1_deglyco structure. The GlcNAc unit N-linked to Asn157 of chain A is modeled with an occupancy of 0.5, while the second GlcNAc unit present at Asn116 of chain B is not modeled. Contours of 2mFo-DFc (2.8σ, cyan) and mFo-DFc (1σ, green) electron density maps are shown. d Small hydrophobic core in the central part of the NKR-P1 dimerization interface (subunits colored as in (a)). The central residues are shown as spheres with carbon atoms in yellow. The carbon atoms of Ile168 residues (whose mutation decreases the ability of NKR-P1 to bind LLT1)C polymorphism in the human KLRB1 gene alters ligand binding and inhibitory potential of CD161 molecules. PLoS One 10, e0135682 (2015)." href="/articles/s41467-022-32577-6#ref-CR51" id="ref-link-section-d57927382e2666"51 are shown in orange./p>

Y. Li and coworkers reported that the orientation of NKp65 bound to its ligand precludes the putative α2-centered dimerization of NKp6537. Similarly, a hypothetical NKp65 α1-centered dimer is also implausible based on steric hindrance and the lack of stabilizing interactions. This observation contrasts with the α1-centered dimerization of NKR-P1 present in both its unbound and complexed crystal structure. Interestingly, the single-nucleotide polymorphism (SNP) c.503 T > C of the human KLRB1 gene, causing the substitution of isoleucine 168 for threonine in the NKR-P1 CTLD, was reported to have a 37% frequency of the Thr168 alleleC polymorphism in the human KLRB1 gene alters ligand binding and inhibitory potential of CD161 molecules. PLoS One 10, e0135682 (2015)." href="/articles/s41467-022-32577-6#ref-CR51" id="ref-link-section-d57927382e3335">51. The authors showed that the Thr168 isoform of NKR-P1 has a lower affinity to LLT1 and a weaker inhibitory effect on NK cells. They proposed that Ile168 forms a part of the interaction interface between NKR-P1 and LLT1, directly affecting LLT1 recognition by NKR-P1C polymorphism in the human KLRB1 gene alters ligand binding and inhibitory potential of CD161 molecules. PLoS One 10, e0135682 (2015)." href="/articles/s41467-022-32577-6#ref-CR51" id="ref-link-section-d57927382e3339"51. However, the structure of the NKR-P1 homodimer shows that Ile168 is found at the dimerization interface rather than at the membrane-distal interaction interface – more specifically, in a small hydrophobic pocket within the dimerization interface (Fig. 3d). Therefore, we propose that substituting the nonpolar isoleucine residue with polar threonine caused by c.503 T > C SNP indirectly affects the binding affinity because this substitution destabilizes the α1-centered NKR-P1 homodimer. Glycosylation often significantly impacts receptor homooligomerization, as recently evidenced for, e.g., NK cell activation receptor NKp3052. NKR-P1 homodimerization is also regulated by its glycans; specifically, the glycans present on Asn116 and Asn157 (Fig. 3b). Core glycan chains present at these residues contribute partially to the α1-centered dimerization interface, but at the same time, the glycans clash together. As a result, the stability of the α1-centered NKR-P1 homodimer is improved by abrogating N-glycosylation on Asn157, leaving only the Asn116 glycan at the dimer interface (Supplementary Fig. 3b). Interestingly, a c.470 A > G SNP causing N157S mutation is also listed in the human genome variation database. However, the clinical significance of N157S mutation was not yet investigated, although it could significantly affect NKR-P1 signalization via stabilizing its ligand-bound state. The oligomeric state of the receptor might thus modulate the overall NKR-P1:LLT1 binding affinity. The NKp65:KACL complex stands out for its high affinity (Kd ~ 0.67 nM)37 – ca. 3000× stronger than that of NKp80:AICL (Kd ~ 2.3 µM)9 and 70,000–130,000× than that of NKR-P1:LLT1 (Kd ~ 48 µM39; this study 90 µM). Due to the exceptionally high NKp65:KACL binding affinity, any putative ancestral α1-centered dimerization interface may have been lost in NKp65. In contrast, the NKR-P1 and NKp80 receptors may have evolved to compensate for their low affinity to their ligands by utilizing the α1-centered dimerization and enabling an increased avidity effect./p>

a Representation of four adjacent asymmetric units within the NKR-P1:LLT1 complex crystal, excluding the additional unrelated NKR-P1 dimer. The NKR-P1 (blue and cyan) and LLT1 (green and lemon) dimers alternate in primary (cyan and green) and secondary (blue and lemon) interactions, forming a chain-like structure. The schematic depiction of this arrangement is shown in the inset with the same color code. The black and white triangles represent N-termini positions, pointing behind and in front of the display plane, respectively. b Depiction of the hypothetical arrangement of the chain-like structure upon contact of an NK cell (bottom, blue) with a target cell (top, green) showing the crystal structure of two NKR-P1 dimers (cyan and blue) interacting with two LLT1 dimers (green and lemon) in the primary (cyan and green) and secondary (blue and lemon) modes. The first three N-terminal residues in the structures are highlighted in red. The flexible stalk regions connecting the N-termini and cell membranes are represented as speckled lines of the corresponding color-coding. The view on the right-hand side is clipped for clarity at the plane indicated on the left-hand side view. c Schematic depiction of NKR-P1 extracellular domain dynamics and possible ligand binding arrangements. NKR-P1 is expressed as a disulfide-linked homodimer; however, its CTLDs may undergo conformation change similar to monomer-dimer equilibrium. Such putative equilibrium would be shifted towards monomeric species for the wild-type protein and its I168T allelic variantC polymorphism in the human KLRB1 gene alters ligand binding and inhibitory potential of CD161 molecules. PLoS One 10, e0135682 (2015)." href="/articles/s41467-022-32577-6#ref-CR51" id="ref-link-section-d57927382e3460"51. At the same time, a dimeric arrangement corresponding to the non-covalent dimer observed in the herein described crystal structures would be promoted for the S159A variant (left-hand side). Such NKR-P1 dimer could then interact with the cognate LLT1 ligand (itself being expressed as a disulfide-linked homodimer as well and forming stable non-covalent dimers with its CTLDs) in the previously suggested standard model of NK cell receptor – CTL ligand interaction (middle) or alternate with the dimeric ligand in the proposed chain-like arrangement based on NKR-P1:LLT1 complex crystal structure (right-hand side)./p> 0.05 are indicated as not significant; statistically significant p values are indicated with asterisks (*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001, ****p < 0.0001)./p>

3.0.CO;2-6" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28SICI%291521-4141%28199805%2928%3A05%3C1611%3A%3AAID-IMMU1611%3E3.0.CO%3B2-6" aria-label="Article reference 13" data-doi="10.1002/(SICI)1521-4141(199805)28:053.0.CO;2-6"Article CAS PubMed Google Scholar /p>C polymorphism in the human KLRB1 gene alters ligand binding and inhibitory potential of CD161 molecules. PLoS One 10, e0135682 (2015)./p>

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