中文摘要
Nramp1是由12个跨膜区域构成的二价金属离子传输体,它与巨噬细胞的抗菌活性及哺乳动物对传染病和自免疫疾病的易感性密切相关。Nramp1第四跨膜区(TMD4)的G169D突变导致小鼠抗病菌感染能力的丧失，表明TMD4对其生物功能可能起重要作用。本课题利用各种谱学方法研究了Nramp1第四跨膜区164-191肽片段在膜模拟环境中的结构、聚集形态、相对取向及与金属离子的相互作用，G169D突变和T178缺失对其结构和聚集及与金属离子相互作用的影响。结果表明，TMD4野生肽在膜模拟环境中形成了两亲性的螺旋结构，并在膜的内部自聚集形成螺旋束，特定的聚集形态形成了某种通道使得Mn(II)离子可以进入聚集体内；G169D突变并没有明显改变肽的螺旋结构和聚集数及在膜中的拓扑结构，但改变了肽的聚集方式，因而阻碍了Mn(II)离子进入膜内；T178缺失变异体也能形成螺旋结构，但与野生型肽不同的是，T178缺失变异体在膜模拟环境中以单体的形式存在。该研究为揭示完整膜蛋白Nramp1的结构与功能机制提供了重要信息。
英文摘要
Nramp1 is a divalent metal ion transporter consisting of 12 transmembrane domains. It is closely associated with the antimicrobial activity of macrophage and susceptibility of mammals to infectious and autoimmune diseases. The mutation of G169D occurred in the fourth transmembrane domain (TMD4) of Nramp1 causes mice susceptible to pathogens, indicating that TMD4 may play an important role in biological function of the protein. In this work, we investigated the structure, assembly and topology of the peptide segment 164-191 from the TMD4 of Nramp1 and its interactions with metal ions in membrane-mimetic environments, as well as the effects of both G169D mutation and T178 deletion on these properties, using spectroscopic methods. The results demonstrated that the wild-type TMD4 peptide forms an amphiphilic helix structure and assembles to a helical bundle in membrane. The specific assembly constructs certain water-filled pore or pathway to allow entry of Mn(II) ions into the interior of membrane. The G169D mutation has little effects on the helix structure，assembly number and topology of the peptide in model membranes, but may change the assembly fashion that hinders entry of Mn(II) ions in membrane. The mutant of T178 deletion also forms helix structure, but differently from the wild-type peptide, it exists as a monomer in membrane-mimics. This research can provide useful information for uncovering the structure and function mechanism of integral Nramp1 protein.
结题摘要
Nramp1是由12个跨膜区域构成的二价金属离子传输体,它与巨噬细胞的抗菌活性及哺乳动物对传染病和自免疫疾病的易感性密切相关。Nramp1第四跨膜区(TMD4)的G169D突变导致小鼠抗病菌感染能力的丧失，表明TMD4对其生物功能可能起重要作用。本课题利用各种谱学方法研究了Nramp1第四跨膜区164-191肽片段在膜模拟环境中的结构、聚集形态、相对取向及与金属离子的相互作用，G169D突变和T178缺失对其结构和聚集及与金属离子相互作用的影响。结果表明，TMD4野生肽在膜模拟环境中形成了两亲性的螺旋结构，并在膜的内部自聚集形成螺旋束，特定的聚集形态形成了某种通道使得Mn(II)离子可以进入聚集体内；G169D突变并没有明显改变肽的螺旋结构和聚集数及在膜中的拓扑结构，但改变了肽的聚集方式，因而阻碍了Mn(II)离子进入膜内；T178缺失变异体也能形成螺旋结构，但与野生型肽不同的是，T178缺失变异体在膜模拟环境中以单体的形式存在。该研究为揭示完整膜蛋白Nramp1的结构与功能机制提供了重要信息。