IL17R(SEFIR)與TLR(TIR)信號通路成員的比較基因組學及其起源進化分析.pdf

1、固有免疫(innateimmunity)是指機體在種系發(fā)生和進化過程中逐漸形成的一種天然免疫防御功能，構成機體抵御病原生物入侵的第一道防線。Toll樣受體(TLR)與白介素1受體(ILlR)是參與固有免疫的重要成員，它們共同擁有一個高度保守的胞內結構域，稱為Toll/IL1receptor結構域，即TIR結構域。TIR結構域是一段由200個左右氨基酸組成的保守序列，其中又可分為3個保守的Box。眾多含TIR結構域的基因在固有免疫及獲得性

2、免疫中起著非常重要的作用。含TIR結構域的蛋白分布極為廣泛，在原核生物、真核生物和病毒中都有發(fā)現(xiàn)。后來，在TIR結構域的基礎上鑒定了一類類似于TIR結構域的新結構域，即SEF/IL-17R(SEFIR)結構域。SEFIR結構域的功能形式跟TIR結構域很相似，也是形成二聚體(TIR-TIR/SEFIR-SEFIR)。含SEFIR結構域的基因也被證實在固有和獲得性免疫中同樣起著重要的作用。在本文中我們所研究的對象是含TIR結構域的3個接頭蛋

3、白(TIRAP，TICAM-1和TICAM-2)與TLR和含SEFIR結構域的IL17R、IL17R接頭蛋白(CIKS/ACT1/TRAF3IP2)和原核中的SEFIR蛋白。大部分研究結果已經發(fā)表，其主要成果如下:
　　 1.IL17R的研究集中在脊索動物中，我們發(fā)現(xiàn)雖然在高等哺乳動物中已報道有5種IL17R亞家族，但是在脊椎動物祖先頭索動物中只有二種IL17R亞家族(IL17RA和IL17RD)，隨后在早期脊椎動物中迅速擴增到

4、5類(IL17RA-IL17RE)。在脊椎動物的進化中IL17RA和IL17D相對保守，而剩余的IL17RB/C/E家族不同程度的發(fā)生丟失。通過比較基因組的分析，我們在保守的IL17RA和IL17RD亞家族中鑒定了一些潛在的功能位點，并且預測了它們的功能，例如我們定義的IL17RD的C末端新功能域CPD(C-terminusPhosphorylationDomain)。我們在脊椎動物中鑒定出了一類缺少SEFIR結構域卻又類似于IL17R

5、E的基因，將這些基因命名為IL17REL。通過我們較為深入的研究把IL17REL定義為IL17R的第6大家族，IL17REL亞家族?；贗L17REL的蛋白特點，我們推測IL17REL具有負調控IL17R信號通路的作用，所以具有潛在治療自身性免疫疾病的功能。
　　 2.CIKS/ACT1/TRAF3IP2是一類含有SEFIR結構域的胞內蛋白。這個蛋白通過與IL17R和CD40/BAFF結合在炎癥反應和自身免疫性疾病中起了重要的作

6、用。我們研究發(fā)現(xiàn)雖然線蟲和海膽中有IL17和IL17R的同源基因，但是沒有發(fā)現(xiàn)其接頭蛋白CIKS。我們在文昌魚及蝸牛中發(fā)現(xiàn)了一類原始的CIKS，這種CIKS除了包含像哺乳動物那樣的SEFIR結構域外，還包含一個DEATH結構域，非常類似于MyD88，我們將其命名為CIKSL。進一步研究發(fā)現(xiàn)，這個CIKSL經過串聯(lián)復制和結構域丟失的過程進化成了脊椎動物早期的CIKS基因。通過進化分析，我們發(fā)現(xiàn)在脊椎動物中存在兩類CIKS，一類是人源CIK

7、S的直系同源基因，另一類是旁系同源基因。我們在青島文昌魚中進行的mRNA半定量表達實驗暗示古老的CIKS聯(lián)合IL17可能參與了免疫反應，這個功能在脊索動物中可能是保守的。隨著基因組的復制，當越來越多的相關基因出現(xiàn)之后，CIKS也相應的進化出了多樣化的功能。
　　 3.為了探索SEFIR結構域的起源問題，以便加深我們對IL17R和CIKS(都含有SEFIR結構域)起源進化的理解，我們在1400種原核生物基因組中進行了分析。在這些基

8、因組中，只發(fā)現(xiàn)了84個含SEFIR結構域的蛋白。我們發(fā)現(xiàn)這84個結構域可能是通過水平轉移從真核生物CIKS到了原核生物。由于這些原核生物的SEEIR結構域大多是以單一形式存在于各自的原核物種中，所以無法完成SEFIR-SEFIR的結合，這暗示其功能可能是與其它物種的SEFIR結合。通過對病原菌性質及SEFIR結構域的空間結構和電荷分析，我們發(fā)現(xiàn)病原菌的SEFIR結構域有潛在干擾IL17R信號通路的作用。如果真是如此，那不但提拱了一條治療

9、病原菌感染的新思路，而且可能為治療IL17R信號通路引起的自身免疫疾病提供一種思路。
　　 4.結構域的重組對含有多結構域的蛋白的進化是十分重要的，也是塑造免疫系統(tǒng)的重要步驟。Toll/TLR在免疫系統(tǒng)中起著重要的作用，它們是由胞內的TIR結構域和胞外的LRR結構域組成的。迄今為止，關于Toll/TLR研究已經很多，但是沒有結構域組合這方面的研究。我們分析了這兩個結構域組合的歷程。我們的研究發(fā)現(xiàn)在非對稱動物海綿動物中已經出現(xiàn)了T

10、IR-only蛋白和LRR-only蛋白，到了刺胞動物門已經出現(xiàn)了原始的P-Toll，并且在刺胞動物中已經出現(xiàn)了原始的V-TIR-only蛋白。直到對稱動物與非對稱動物分歧之后V-TLR才開始出現(xiàn)，在原口動物門和后口動物門中廣泛分布。在脊椎動物出現(xiàn)之前，V-TLR可能又經歷了一次結構域的重排，并最終導致了脊椎動物的TLR的出現(xiàn)。人工合成蛋白在很多治療領域發(fā)揮作用，本部分從結構域重排的角度描繪了TLR進化的歷程，為將來可能的人工Toll/

11、TLR基因重排提供線索。
　　 5.通過在25個已測序的后生動物物種基因組中的鑒定，我們發(fā)現(xiàn)最早的TIRAP和TICAM起源于脊索動物頭索動物;而唯一的非哺乳類TICAM-2存在于鯊魚基因組中。通過結構及序列的比較發(fā)現(xiàn)這些新鑒定的基因與人相應的同源基因相比既有共同點，又有不同之處。這些功能位點的變化沒有影響TICAM-1基本的功能，但是可能影響了TIRAP的功能。另外我們還發(fā)現(xiàn)TIR-TIR結構域之間的結合更傾向于點對點的結合方

12、式。最后，結合3種接頭蛋白相關的基因，我們推測了接頭蛋白與其功能之間的起源關系:病毒-TLR3/22-TICAM-1、革蘭氏陰性菌-TLR4-TICAM-2和革蘭氏陽性菌-TLR2-TIRAP。此項研究理順了3種接頭蛋白的進化歷程，有助于理解脊椎動物TLR信號網絡的進化。
　　 以上關于IL17R和TLR信號通路成員的進化比較基因組學的研究一方面理清了他們的進化的歷程，為這些基因功能的研究提供了線索，另一方面推測了宿主免疫系統(tǒng)與