新生児FC受容体によるpH依存性抗体結合の構造的基礎

背景：新生児FC受容体（FCRN）は、受動的免疫の獲得のために胎児および/または新生児組織全体で母体免疫グロブリンG（IgG）のトランスサイトーシスを媒介します。成人では、FCRNは高血清IgGレベルの維持に関与しています。両方のプロセスは、pH 6でのナノモルアフィニティでFCRN-FCRNに結合するFCRN-FCRNへのpH依存性IgG結合によって媒介されますが、pH 7.5では検出可能な結合は示されません。pH 6では、FCRNはより熱安定性が高く、その軽鎖の解離速度はpH 8.0よりも数桁遅くなります。pH 6.5およびpH 8でのFCRNの構造を比較すると、受容体のpH依存性リガンド結合と安定性の構造的基礎の分析が可能になります。 結果：pH 8でFCRNの構造を決定し、それをpH 6.5の構造のさらに洗練されたバージョンと比較しました。両方のpH値で、広範な秩序化された炭水化物構造が観察されます。2つの構造は非常に似ています。したがって、FCRNの安定性とIgGに対する親和性のpH依存性は、構造の変化に依存するメカニズムではなく、構造自体の化学的特性に起因する可能性があります。pH依存性特性は、ヒスチジン残基を含む静電相互作用によって媒介されます。ヒスチジン残基は、酸性のpH値で優勢なヒスチジンのプロトン化された形態により好ましいです。 結論：IgGの親和性の違いを説明できるFCRNのpH 6.5とpH 8構造の間に、主要な立体構造の変化は観察されません。したがって、FCRNへのIgG結合のpH依存性は、主に受容体のアニオン性ポケットと相互作用するFC上のヒスチジン残基の滴定に起因する可能性があります。IgGの高親和性結合に必要なFCRNダイマーは、それ自体がヒスチジンを介した塩橋と、pH 8. FCRN二量体化と比較してpH 6.5のアニオンポケットとのより好ましい相互作用を作成するサイドチェーンの再配置によって酸性pHで安定化されています。1つの受容体分子からの炭水化物がダイマー関連の受容体分子からのタンパク質残基に結合して「炭水化物の握手」を形成する相互の相互作用によって促進されます。

BACKGROUND: The neonatal Fc receptor (FcRn) mediates the transcytosis of maternal immunoglobulin G (IgG) across fetal and/or neonatal tissues for the acquisition of passive immunity. In adults, FcRn is involved in the maintenance of high serum IgG levels. Both processes are mediated by pH-dependent IgG binding to FcRn-FcRn binds to IgG with nanomolar affinity at pH 6, but shows no detectable binding at pH 7.5. At pH 6, FcRn is more thermally stable and the dissociation rate of its light chain is an order of magnitude slower than at pH 8.0. Comparison of the structures of FcRn at pH 6.5 and pH 8 allows an analysis of the structural basis for the receptor's pH-dependent ligand binding and stability. RESULTS: We have determined the structure of FcRn at pH 8 and compared it to a further refined version of the structure at pH 6.5. An extensive ordered carbohydrate structure is observed at both pH values. The two structures are very similar; thus the pH dependence of FcRn stability and affinity for IgG can be attributed to chemical properties of the structures themselves, rather than mechanisms that rely on conformational changes. The pH-dependent properties are mediated by electrostatic interactions involving histidine residues, which are more favorable for the protonated form of histidine that predominates at acidic pH values. CONCLUSIONS: No major conformational change is observed between the pH 6.5 and pH 8 structures of FcRn that could account for the differences in affinity for IgG. The pH dependence of IgG binding to FcRn can therefore primarily be attributed to titration of histidine residues on Fc that interact with anionic pockets on the receptor. The FcRn dimer, which is required for high affinity binding of IgG, is itself stabilized at acidic pH by histidine-mediated salt bridges and a sidechain rearrangement that creates a more favorable interaction with an anionic pocket at pH 6.5 relative to pH 8. FcRn dimerization is facilitated by reciprocal interactions in which carbohydrate from one receptor molecule binds to protein residues from the dimer-related receptor molecule to form a 'carbohydrate handshake'.