Science子刊:改寫教科書!重新確定抗體IgM的結構

2020-11-24 生物谷

2018年10月14日/

生物谷

BIOON/---在一項新的研究中，來自日本東京大學的研究人員通過利用計算機圖像分析和現代的電子顯微鏡成像揭示了一種至關重要的稱為免疫球蛋白M（IgM）的免疫蛋白的結構，從而為未來開發出針對從癌症到神經系統疾病的一系列疾病的更加有效的藥物提供了可能性。相關研究結果發表在2018年10月10日的Science Advances期刊上，論文標題為「The IgM pentamer is an asymmetric pentagon with an open groove that binds the AIM protein」。論文通信作者為東京大學的Toru Miyazaki和Satoko Arai。

圖片來自Science Advances, doi:10.1126/sciadv.aau1199。


IgM是免疫系統的一個重要的組成部分。這些研究人員利用IgM的人類版本和小鼠版本對天然的IgM的結構進行了驗證。他們認為IgM如今應當被理解為形狀像不完整的六邊形，或者像是有楔形缺口的五邊形。Miyazaki說，「我們將不得不改寫教科書。」

IgM是首個在人類胎兒中產生的免疫系統蛋白，並且在一生當中始終首先對病原體入侵作出反應的蛋白分子。 IgM的結構於1969年首次被確定為「五角星形狀的桌子（five-pointed, star-shaped table）」，並於2009年更新為五面圓頂（five-sided dome）或「蘑菇形帽（mushroom cap）」。

Miyazaki說，「最初的IgM結構模型是通過低解析度的顯微鏡觀察幾個IgM分子構建出來的。如今，我們有了更清晰的圖片，而且計算機能夠研究成千上萬個IgM分子。」當Miyazaki當初還是一名醫學博士時，他的研究生涯就研究了一種不同的稱為巨噬

細胞凋亡

抑制因子（apoptosis inhibitor of macrophage, AIM）的蛋白。

由於確定了IgM的正確形狀，這些研究人員如今了解到沒有活性的AIM位於IgM的不完整六邊形的空隙內。IgM和AIM之間的結構關聯性意味著具有調節AIM釋放能力的藥物可能被用來開發基於AIM的疾病治療方法。當其他的分子激活免疫系統時，IgM會釋放AIM。尺寸較小的AIM蛋白在體內循環，以便清除受損的細胞和阻止疾病產生。

1999年，Miyazaki在瑞士巴塞爾

免疫學

研究所工作時就已鑑定出AIM。它的小尺寸意味著AIM很容易通過腎臟從體內排出並進入尿液中，因此與較大的IgM結合在一起可保護AIM在需要之前不被清除。

AIM是血液中的一種常見的分子，但是它僅在身體發病時才是有活性的。已知AIM在預防肥胖、脂肪肝疾病、肝細胞癌、多發性硬化症、真菌誘導性腹膜炎和急性腎損傷中起著重要的作用。

這種不完整的六邊形結構仍然只是對IgM結構的二維理解。Miyazaki和他的團隊繼續開展進一步的分析，並希望儘快地報導IgM的三維結構。（生物谷 Bioon.com）

參考資料：E. Hiramoto, A. Tsutsumi, R. Suzuki et al. The IgM pentamer is an asymmetric pentagon with an open groove that binds the AIM protein. Science Advances 4: eaau1199 (2018), doi:10.1126/sciadv.aau1199.

A. FEINSTEIN et al. Conformation of the Free and Antigen-bound IgM Antibody Molecules, Nature (2006). DOI: 10.1038/2241307a0

D. M. Czajkowsky et al. The human IgM pentamer is a mushroom-shaped molecule with a flexural bias, Proceedings of the National Academy of Sciences (2009). DOI: 10.1073/pnas.0903805106

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