The structural basis of lipopolysaccharide recognition by the TLR4–MD-2 complex

脂质A TLR4型 脂多糖 配体(生物化学) 化学 立体化学 Toll样受体 受体 生物化学 生物物理学 先天免疫系统 生物 免疫学
作者
Beom Seok Park,Dong Hyun Song,Ho Min Kim,Byong‐Seok Choi,Hayyoung Lee,Jie‐Oh Lee
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:458 (7242): 1191-1195 被引量:2430
标识
DOI:10.1038/nature07830
摘要

The lipopolysaccharide (LPS) of Gram negative bacteria is a well-known inducer of the innate immune response. Toll-like receptor (TLR) 4 and myeloid differentiation factor 2 (MD-2) form a heterodimer that recognizes a common 'pattern' in structurally diverse LPS molecules. To understand the ligand specificity and receptor activation mechanism of the TLR4-MD-2-LPS complex we determined its crystal structure. LPS binding induced the formation of an m-shaped receptor multimer composed of two copies of the TLR4-MD-2-LPS complex arranged symmetrically. LPS interacts with a large hydrophobic pocket in MD-2 and directly bridges the two components of the multimer. Five of the six lipid chains of LPS are buried deep inside the pocket and the remaining chain is exposed to the surface of MD-2, forming a hydrophobic interaction with the conserved phenylalanines of TLR4. The F126 loop of MD-2 undergoes localized structural change and supports this core hydrophobic interface by making hydrophilic interactions with TLR4. Comparison with the structures of tetra-acylated antagonists bound to MD-2 indicates that two other lipid chains in LPS displace the phosphorylated glucosamine backbone by approximately 5 A towards the solvent area. This structural shift allows phosphate groups of LPS to contribute to receptor multimerization by forming ionic interactions with a cluster of positively charged residues in TLR4 and MD-2. The TLR4-MD-2-LPS structure illustrates the remarkable versatility of the ligand recognition mechanisms employed by the TLR family, which is essential for defence against diverse microbial infection.
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