新研究，魚類IgM結構揭示了抗體的進化

抗體——由我們的免疫系統產生的保護我們的蛋白質——對于識別和清除我們體內不想要的物質或抗原至關重要。雖然它們的作用是普遍的，但抗體結構在不同的動物中是不同的。在一項新的研究中，研究人員分析了虹鱒魚體內的抗體免疫球蛋白M，以揭示這些蛋白質可能隨著時間進化的原因。

在人類中，IgM由五個重復單元組成，它們通過連接鏈連接在一起，形成星形。因此，IgM可以同時結合多種抗原，迅速清除它們。IgM的獨特之處在于，它既存在于血液中，也存在于粘膜中。粘膜是一種濕潤的組織，排列在身體的各個管道上，包括鼻子、嘴巴和腸道。

生物化學助理教授Beth Stadtmueller (MMG)說:“我們的實驗室研究IgM的結構和功能，我們對了解它是如何組裝的很感興趣。我們一直在研究魚類和哺乳動物，因為它們的免疫系統進化方式存在相當大的差異，我們想了解為什么它們產生抗體的方式不同。”

魚和人的抗體功能的**個大區別是魚的粘膜包括皮膚。“在魚類中，它們的粘膜表面的很大一部分經常暴露在環境中。因此，它們的抗體必須能夠在結構上保持穩定，這樣它們才能留在粘膜中，而不是被水沖走。與人類相比，它們可能會遇到不同類型的抗原，”Stadtmueller實驗室的研究生、該論文的**作者Mengfan Lyu說。

魚類和人類抗體之間的另一個主要區別是，它們缺乏連接鏈，而在人類中，連接鏈可以將五個獨立單位的尾部捆綁在一起，形成穩定的星形抗體。Fish IgM也只有4個重復單元，而不是5個。這些差異使科學家們想知道魚是如何產生穩定的IgM的，以及它是如何起作用的。為了更好地了解魚類IgM的結構，研究人員在他們的研究中使用了虹鱒的IgM。

Lyu說:“到目前為止，大多數研究都集中在抗體如何與抗原結合或具有單個單位的抗體結構上，因為含有多個單位的抗體或聚合物抗體的研究一直具有挑戰性。直到過去幾年，研究人員才有機會使用高分辨率低溫電子顯微鏡來揭示IgM等聚合抗體的結構。”

在人類中，IgM的每個重復單元是一個y形結構，有兩只手與抗原和一個柄結合。在它的星形結構中，五根莖和連接鏈組成了中心核心。魚類IgM的每個重復單元都與人類IgM相似，由于全長IgM很難處理，研究人員只使用了魚類IgM的莖。利用低溫電鏡技術，他們發現在魚類IgM的核心，單個單元在其尾部折疊不同，導致它們向一側組裝，而不是IgM的中心;這似乎允許它們相互作用，即使它們沒有連接鏈。

“據我們所知，這是**個被鑒定出的魚類抗體結構，”Stadtmueller說。“這很有趣，因為連接鏈對于鳥類和哺乳動物中絕大多數IgM的組裝是必要的。Lyu的發現告訴我們，魚的IgM以一種非常不同的方式組裝，具有獨特的結構。從進化的角度來看，這真的很有趣，這意味著魚類的IgM和人類的IgM可以結合抗原并發揮不同的功能。”

目前還不清楚為什么硬骨魚沒有連接鏈。“很明顯，魚類已經進化出一種無需連接鏈就能制造IgM的方法;以這種方式組裝IgM可能更有效，它可能導致更穩定的結構，或者它可能提供功能優勢，特別是因為魚類遇到的抗原與人類不同，它們免疫系統的其他成分也不同。”Lyu說:“所有這些因素都可能導致IgM結構的差異。”

研究人員目前正致力于構建全長IgM，其中將包括目前研究中缺失的片段。Stadtmueller說:“這項研究是結構生物學為我們研究抗體如何在功能上有所不同提供了基礎的一個例子。我們預計，我們將能夠利用我們所學到的知識來研究其他聚合抗體，比如來自鳥類的抗體，并構建新的治療性抗體。”

本網站所有轉載文章系出于傳遞更多信息之目的，轉載內容不代表本站立場。不希望被轉載的媒體或個人可與我們聯系，我們將立即進行刪除處理。