Biology and structure of pMHC receptors functioning as mechanosensors in the [alpha][beta] T-cell lineage
在 αβ T 细胞谱系中充当机械传感器的 pMHC 受体的生物学和结构
基本信息
- 批准号:10020596
- 负责人:
- 金额:$ 244.43万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2020
- 资助国家:美国
- 起止时间:2020-07-29 至 2025-06-30
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:AcuteAffinityAnimalsAntibodiesAntigen-Presenting CellsAntigensAppearanceAutoimmune DiseasesAutoimmunityAutomobile DrivingBindingBiologicalBiological AssayBiologyBiomechanicsBiophysicsBloodCD8-Positive T-LymphocytesCD8B1 geneCancerousCell CompartmentationCell LineageCell ProliferationCellsCellular biologyChemicalsCommunicable DiseasesCoupledDevelopmentDiscriminationEngineeringEpithelialEpitheliumEpitopesFosteringHematopoietic stem cellsImmunityImmunologic Deficiency SyndromesIn VitroIndividualInfectionInfectious AgentInfluenza A virusKineticsLigandsLigationLinkLymphocyteMalignant NeoplasmsMature T-LymphocyteMeasurementMediatingMemoryMethodsMinorMolecularMotionMusPatientsPeptidesPerformancePeripheralPhasePlayPopulationPositioning AttributeProcessProductionProteinsReceptor CellReceptors, Antigen, B-CellRecombinant ProteinsRegulationRelaxationRoleSensitivity and SpecificitySomatic MutationSourceSpecificityStructureStructure of thymic medullaSurfaceSystemT cell responseT memory cellT-Cell ActivationT-Cell DevelopmentT-Cell ReceptorT-Cell Receptor GenesT-LymphocyteT-Lymphocyte SubsetsT-cell receptor repertoireTCR ActivationTechniquesTestingThymocyte DevelopmentThymus GlandTissue-Specific Gene ExpressionTissuesVariantVirusX-Ray Crystallographyadaptive immunitybasebiophysical analysisbiophysical propertiescellular pathologycellular transductioncomparativeconformerdesigndigitaleffector T cellexperimental studyin silicoin vivolaser tweezermechanical forcemechanotransductionmolecular dynamicsnext generation sequencingpathogenprogenitorreceptorreceptor bindingreceptor functionsecondary lymphoid organsimulationsingle cell analysissingle moleculestem cellsthymocytetranscriptometranscriptome sequencingvector
项目摘要
OVERALL SUMMARY
T lymphocytes utilized T cell receptors (TCRs) to distinguish self versus non-self through recognition
of sparse antigenic peptides bound to MHC molecules (pMHC) arrayed on antigen presenting cells (APC).
Through remarkable specificity and digital sensitivity, T lymphocytes can destroy host cells altered by viruses,
other infectious pathogens or cancerous transformations while leaving normal cellular counterparts intact. Until
recently, it was unclear how TCR discrimination was achieved, given a lack of somatic mutations of TCR
genes to boost receptor-ligand affinity unlike with B cell receptors. Contrary to conventional ligand associations
exemplified by antigen-antibody interactions, however, it is now evident that physical force plays a crucial role in
non-equilibrium TCR-based T cell activation. Here we investigate the overarching hypothesis that lineage
receptors that recognize pMHC ligands, namely TCRs and preTCRs, function as mechanosensors, transducing
biomechanical forces to impact thymocyte development as well as T cell antigen recognition and activation. Both
TCRs and preTCRs utilize force to induce different receptor conformers associated with energized and non-
energized states. Project 1 shall elucidate biophysical features driving TCR mechanosensing using paired
single molecule and single cell measurements via optical tweezers (OT) to determine non-equilibrium dynamics
and parameterization of energy landscapes under force. In turn, CD8 T cell responses such as antigen-specific
in vitro triggering sensitivity and in vivo cellular proliferation, effector and memory T cell development will be
assessed using TCR retrogenic mice. RNAseq analysis of various populations and single cells shall define the
connection between force-dependent transcriptomes and physical load on TCR-pMHC bonds. Project 2 shall
perform comparable OT biophysical studies on preTCRs and pMHC interactions using high throughput next
generation sequencing (NGS) of DN3, DN4, DP large and DP small subsets to determine TCR repertoire
changes in MHC-sufficient and MHC-deficient animals in vitro and in vivo. By determining chain clonotypes
that are selected or disallowed during thymocyte developmental progression upon interaction with specific single-
chain pMHC ligands, coupled RNAseq analysis of thymocytes expressing those preTCRs, OT profiling,
Molecular Dynamics (MD) and NMR and X-ray crystallography structural studies, the rules governing early
thymic selection by pMHC shall be defined. Distinctions among and TCR lineages with respect to
mechanical force shall be similarly analyzed and compared. Project 3 shall develop cutting-edge NMR methods
to reveal allosteric mechanisms of preTCR and TCR receptors upon pMHC ligation, characterizing major and
minor state structures and kinetics of interconversion aided by the MD Core to enhance atomistic detailing. An
Administrative Core (A), a Protein Production Core (B) and a MD Core (C) will assist all Projects to discern how
force empowers T lineage recognition of pMHC with basic and translational importance.
总体总结
T 淋巴细胞利用 T 细胞受体 (TCR) 通过识别来区分自身与非自身
与排列在抗原呈递细胞 (APC) 上的 MHC 分子 (pMHC) 结合的稀疏抗原肽。
通过卓越的特异性和数字敏感性, T 淋巴细胞可以破坏被病毒改变的宿主细胞,
其他传染性病原体或癌变,同时保持正常细胞器官完好无损。
最近,鉴于 TCR 缺乏体细胞突变,目前尚不清楚 TCR 歧视是如何实现的
与 B 细胞受体不同,增强受体-配体亲和力的基因。
然而,以抗原抗体相互作用为例,现在很明显,物理力量在
基于非平衡 TCR 的 T 细胞激活在这里我们研究了 谱系的总体假设。
识别 pMHC 配体的受体,即 TCR 和 preTCR,充当机械传感器,传导
生物力学力影响胸腺细胞发育以及 T 细胞抗原识别和激活。
TCR 和 preTCR 利用力诱导与通电和非通电相关的不同受体构象异构体。
项目 1 应阐明使用配对驱动 TCR 机械传感的生物物理特征。
通过光镊 (OT) 进行单分子和单细胞测量以确定非平衡动力学
以及受力下能量景观的参数化,CD8 T 细胞反应,例如抗原特异性。
体外触发敏感性和体内细胞增殖、效应和记忆 T 细胞发育将
使用 TCR 逆转录小鼠的 RNAseq 分析评估不同群体和单细胞应定义
力依赖性转录组与 TCR-pMHC 键上的物理负载之间的联系项目 2 应。
接下来使用高通量对 preTCR 和 pMHC 相互作用进行可比较的 OT 生物物理研究
对 DN3、DN4、DP 大和 DP 小子集进行世代测序 (NGS),以确定 TCR 库
通过确定 链克隆型,在体外和体内观察 MHC 充足和 MHC 缺乏的动物的变化。
在胸腺细胞发育过程中与特定的单-相互作用时被选择或不允许
链 pMHC 配体,表达这些 preTCR 的胸腺细胞的耦合 RNAseq 分析,OT 分析,
分子动力学 (MD) 以及 NMR 和 X 射线晶体学结构研究,早期的规则
应定义 pMHC 的胸腺选择与 和 TCR 谱系之间的区别。
机械力也应进行类似的分析和比较 项目 3 将开发尖端的核磁共振方法。
揭示 pMHC 连接后 preTCR 和 αTCR 受体的变构机制,表征主要和
MD Core 辅助的次要状态结构和相互转换动力学,以增强原子细节。
行政核心 (A)、蛋白质生产核心 (B) 和 MD 核心 (C) 将协助所有项目了解如何
Force 赋予 pMHC 的 T 谱系识别以基础和转化的重要性。
项目成果
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