基于Toll样受体3的分子动力学模拟研究糖基化对蛋白质功能的影响

Toll-like receptor 3 (TLR3), which is well-known as a member of pattern recognition receptors to recognize viral double-stranded RNA (dsRNA), plays a fundamental role in pathogen recognition and activation of the innate immunity response. The extracellular domain of TLR3 plays a vital role in the specific recognition of dsRNA. This domain is considered to be an ideal model to study the functional regulation of posttranslational modification of protein because it is highly glycosylated. In this project, different N-linked glycans will be built on the conserved residue of Asn413 to create multiple glycosylation states of TLR3. The dsRNA recognition process of those specifically glycosylated TLR3s will be simulated via molecular dynamics. By comparing how the distinct glycosylation (including with or without glycans, the length of glycans, the type of glycans, and the number of side chain on glycans) alters the free energy and conformational changes in the dsRNA recognition process, this project will shed light on the molecular mechanisms of how glycosylation affects the innate immune recognition of TLR3. This study would set a new milestone for understanding the innate immune recognition of TLR and provide theoretical guidance to the treatment of TLR-related diseases and development of new drugs targeting TLRs.

Toll样受体3（TLR3）作为天然免疫系统中特异性识别病毒双链RNA（dsRNA）的一类重要的模式识别受体受到科学家们的广泛关注。TLR3的胞外区作为dsRNA结合结构域，因被高度糖基化而成为研究翻译后修饰调控蛋白质功能的理想模型。本项目拟利用分子动力学模拟搭建保守残基Asn413位点上的不同糖基化修饰状态，构建特定糖基化修饰后的TLR3识别结合dsRNA的过程，通过比较不同糖基化对TLR3天然免疫识别过程中能量变化和构象变化的影响，阐明糖基化修饰（糖链有无、糖链长短、糖链种类及糖链的支链数目等）影响TLR3天然免疫识别的分子机制。本研究将加深对TLR天然免疫识别的认知，并对TLR相关疾病的治疗和新药开发具有理论指导意义。

蛋白质翻译后修饰(PTM)影响着功能性细胞生物学机制和发病过程的几乎所有方面，因此剖析PTM的作用是对了解疾病的病因至关重要。糖基化是真核生物膜相关蛋白和分泌蛋白中含量最丰富的PTM。其中N-连接糖基化是最常见的蛋白质糖基化形式之一。目前已经发现N-糖基化在蛋白质折叠、运输和聚集等过程中起着至关重要的作用。Toll样受体3(TLR3)是一种胞内免疫受体，通过直接识别双链RNA(dsRNA)参与启动病毒感染后的免疫反应。作为糖基化程度最高的TLR家族成员之一，TLR3的N413处的糖基化在配体识别中的作用已经争论了几十年。为了研究聚糖在TLR3中的作用，特别是在氨基酸残基N413上糖链的作用，本项目对不同糖基化的TLR3进行了分子动力学模拟。 研究发现，TLR3的LRR12的loop区（残基323-355）从dsRNA结合表面突出，对于通过形成氢键与dsRNA相互作用至关重要。N413上的聚糖不仅阻止dsRNA在结合过程中暴露于大量水中，而且进一步稳定了TLR3结合位点中的dsRNA。当N413处于糖基化形式时，TLR3与dsRNA相互作用的结合自由能显着低于N413非糖基化形式的TLR3。此外，由于N413上的聚糖能够改变dsRNA结合过程的动力学，因此其灵活性同时受到dsRNA的影响。总之，这些结果表明，N413聚糖的大小、长度和分支会影响dsRNA识别TLR3的热力学和动力学过程。本研究进一步扩展了我们对聚糖在TLR3对dsRNA的先天免疫识别中的生物学作用的理解，并为调节TLR3功能提供了新的视角。

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