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化学趋化因子异二聚体与糖胺聚糖结合的结构基础。

Structural basis of a chemokine heterodimer binding to glycosaminoglycans.

机构信息

Department of Biochemistry and Molecular Biology, University of Texas Medical Branch, Galveston, TX, U.S.A.

Sealy Center for Structural Biology and Molecular Biophysics, University of Texas Medical Branch, Galveston, TX, U.S.A.

出版信息

Biochem J. 2021 Mar 12;478(5):1009-1021. doi: 10.1042/BCJ20200927.

DOI:10.1042/BCJ20200927
PMID:33463672
Abstract

Chemokines Cxcl1/KC and Cxcl2/MIP2 play a crucial role in coordinating neutrophil migration to the insult site. Chemokines' recruitment activity is regulated by monomer-dimer equilibrium and binding to glycosaminoglycans (GAGs). GAG chains exist as covalently linked to core proteins of proteoglycans (PGs) and also as free chains due to cleavage by heparanases during the inflammatory response. Compared with free GAGs, binding to GAGs in a PG is influenced by their fixed directionality due to covalent linkage and restricted mobility. GAG interactions impact chemokine monomer/dimer levels, chemotactic and haptotactic gradients, life time, and presentation for receptor binding. Here, we show that Cxcl1 and Cxcl2 also form heterodimers. Using a disulfide-trapped Cxcl1-Cxcl2 heterodimer, we characterized its binding to free heparin using nuclear magnetic resonance and isothermal titration calorimetry, and to immobilized heparin and heparan sulfate using surface plasmon resonance. These data, in conjunction with molecular docking, indicate that the binding characteristics such as geometry and stoichiometry of the heterodimer are different between free and immobilized GAGs and are also distinctly different from those of the homodimers. We propose that the intrinsic asymmetry of the heterodimer structure, along with differences in its binding to PG GAGs and free GAGs, regulate chemokine function.

摘要

趋化因子 Cxcl1/KC 和 Cxcl2/MIP2 在协调中性粒细胞向损伤部位迁移中起着至关重要的作用。趋化因子的募集活性受单体-二聚体平衡和与糖胺聚糖 (GAG) 的结合调节。GAG 链以共价键连接到蛋白聚糖 (PG) 的核心蛋白上存在,也可以由于肝素酶在炎症反应期间的切割而以游离链的形式存在。与游离 GAG 相比,由于共价键连接和受限的流动性,与 PG 中的 GAG 结合受到其固定方向性的影响。GAG 相互作用影响趋化因子单体/二聚体水平、趋化和趋触梯度、寿命和受体结合的呈现。在这里,我们表明 Cxcl1 和 Cxcl2 也形成异二聚体。使用二硫键捕获的 Cxcl1-Cxcl2 异二聚体,我们使用核磁共振和等温滴定量热法表征了其与游离肝素的结合,使用表面等离子体共振研究了其与固定肝素和硫酸乙酰肝素的结合。这些数据与分子对接结合表明,异二聚体的结合特性,如几何形状和化学计量学,在游离和固定 GAG 之间以及与同二聚体之间存在明显差异。我们提出,异二聚体结构的固有不对称性以及与 PG GAG 和游离 GAG 的结合差异,调节趋化因子的功能。

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