Struktur- und Funktionsanalyse der zytokinbindenden Domäne des humanen Interleukin-11-Rezeptors

Schleinkofer, Karin; Grötzinger, J.

doi:23432

Struktur- und Funktionsanalyse der zytokinbindenden Domäne des humanen Interleukin-11-Rezeptors

Schleinkofer, Karin (Author)

2001

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Karin Schleinkofer

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2001

UmfangV, 75 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2001

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Grötzinger, J. (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2001-02-20

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-1611
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/56550/files/Schleinkofer_Karin.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Biowissenschaften, Biologie (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Der Interleukin-11 Rezeptor gehört zur Familie der Hämatopoetin-Rezeptoren. Aufgrund von Sekundärstrukturvorhersagen setzt sich der extrazelluläre Teil aus drei Domänen zusammen: zwei C-terminale Fibronektin-Typ III ähnliche Domänen und einer N-terminalen Ig-ähnlichen Domäne. Die beiden membranproximalen Fibronektin-Typ III Domänen bilden das zytokinbindene Modul, daß durch vier konservierte Cysteinreste in der N-terminalen und durch ein WSXWS-Motiv in der C-terminalen Domäne definiert ist. Der signalkompetente Komplex setzt sich aus IL-11, dem IL-11R und dem Glykoprotein gp130 zusammen. Obwohl in Mutagenesestudien des IL-11R-Liganden die Kontaktstellen des Zytokins für die Rezeptorbindung definiert wurde, war bislang nur wenig über die Kontaktstellen in dem Rezeptormolekül bekannt. Um die strukturellen Elemente des IL-11R zu charakterisieren, die für die Ligandenbindung verantwortlich sind, wurde ein molekulares Modell des IL-11/IL-11R-Komplexes auf der Grundlage der Kristallstruktur des hGH/hGHR-Komplexes generiert. Mit Hilfe dieses molekularen Modells konnten die für die Ligandenbindung verantwortlichen Aminosäurereste in der dritten extrazellulären Domäne des IL-11R lokalisiert werden. Die Analyse der molekularen Interaktion von IL-11 und IL-11R ergab, daß der dritten Domäne der Hauptbeitrag der Bindung zuzuordnen ist. Um diese Vorhersage experimentell zu belegen, wurde diese Domäne heterolog in E. coli exprimiert, renaturiert und gereinigt. Die Renaturierung wurde durch CD- und NMR-Spektroskopie bestätigt. Durch Messungen der Fluoreszenzanisotropie wurde der monomere Zustand des Proteins auch in konzentrierter Lösungen verifiziert. Mit Hilfe von Oberflächenplasmonresonanz-Experimenten wurde gezeigt, daß die Affinität der dritten Domäne zum Liganden in der gleichen Größenordnung liegt, wie die des gesamten Wildtyp-IL-11R. Damit konnten die Vorhersagen des Modells bestätigt werden. Diese Resultate bilden die Basis für weitere strukturelle Untersuchungen, die zum rationellen Design von poteniellen Agonisten und Antagonisten führen werden.

The interleukin-11 receptor (IL-11R) belongs to the hematopoietic receptor superfamily. The functional receptor complex comprises IL-11, IL-11R and the signal-transducing subunit gp130. The extracellular part of the IL-11R consists of three domains: an N-terminal immunoglobulin-like domain, D1, and two fibronectin-type III-like (FNIII) domains, D2 and D3. The two FNIII domains comprise the cytokine receptor-homology region defined by a set of four conserved cysteine residues in the N-terminal domain (D2) and a WSXWS sequence motif in the C-terminal domain (D3). We investigated the structural and functional role of the third extracellular domain of IL-11R. A molecular model of the human IL-11/IL-11R complex allowed the identification of amino acid residues in IL-11R to be involved in ligand binding. Most of them were located in the third extracellular domain, which therefore should be able to bind with high affinity to IL-11. To prove this prediction, domain D3 of the IL-11R was expressed in Escherichia coli, refolded and purified. For structural characterization, circular dichroism, fluorescence and NMR spectroscopy were used. By plasmon resonance experiments, we show that the ligand-binding capacity of this domain is as high as that one for the whole receptor. These results provide a basis for further structural investigations that could be used for the rational design of potential agonists and antagonists essential in human therapy.

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