Variable Lymphocyte Receptors (VLRs) are recently-discovered Leucine-Rich Repeat (LRR) family proteins that mediate adaptive immune responses in jawless fish. Phylogenetically it is the oldest adaptive immune receptor and the first one with a non-immunoglobulin fold. We present the crystal structures of one VLR-A and one VLR-B clones from the inshore hagfish. The hagfish VLRs have the characteristic horseshoe shaped structure of LRR family proteins. The backbone structures of their LRR modules are highly homologous and the sequence variation is concentrated in the concave surface of the protein. The conservation of key residues suggests that our structures are likely to represent the LRR structures of the entire repertoire of jawless fish VLRs. The analysis of sequence variability, prediction of protein interaction surfaces, amino acid composition analysis and structural comparison with other LRR proteins, suggest that the hypervariable concave surface is the most probable antigen binding site of the VLR.
많은 포유류의 adative immune receptor가 immunoglobulin family로 구성된다. 그러나, 최근 Hagfish, Lamprey 등의 무악류 척추동물의 adaptive immune receptor 로서 Variable Lymphocyte Receptor (VLR) 의 중요성이 부각되었다.
Inshore Hagfish (학명: Eptatretus burgeri )의 Variable Lymphocyte Receptor는 66개의 VLR-A와 18개의 VLR-B로 나누어지며, “typical” Leucine-rich repeat (LRR) protein에 속하며, 말굽 모양을 가졌을 것으로 예측되었다.
VLR-A 중 Eb7VLRA.26, VLR-B 중 Eb8VLRB.61을 선택하여 Baculovirus system을 통하여 발현시켰고, X선 결정법을 통하여 그 구조를 규명하였다. 그 결과, VLR-A와 VLR-B 모두 말굽 모양을 가지며, LRRNT, LRR-1, LRR-V, LRR-Ve, LRR-CP, LRRCT domain 들로 구성되어 있음을 알 수 있었다. 특히, Leucine-rich repeat 부분인 LRR-V domain의 길이변화와 아미노산 구성변화를 통하여 adaptive immune receptor로서의 다양성을 가질 수 있음을 알 수 있었다. 또한 다른 VLR 들과의 구조 비교를 통하여, Leucine-rich repeat가 VLR에서 protein-protein recognition motif로서 구조적 안정성과 다양성에 기여하고 있음을 알 수 있었다.
VLR 과 결합하는 것으로 알려진 항원은 아직 없기 때문에, VLR의 항원 결합 부위를 간접적으로 예측하였다. 첫째로, VLR과 그 구조가 유사하고, Leucine-rich repeat를 가진 단백질들의 단백질 상호 작용 부위, 두번째로, 단백질 상호 작용에 중요한 아미노산인 타이로신의 VLR 표면에서의 국지적 분포, 세번째로, VLR 표면에서의 아미노산 서열 변화가 집중적으로 일어나는 부분 탐색, 마지막으로 단백질 상호 작용 부위 예측 프로그램을 통한 항원 결합 부위 예측을 통하여 VLR에서의 항원 결합 부위는 Leucine-rich repeat가 이루는 concave 부분인 것으로 예상되었으며, 이것은 다른 연구자들의 예측과도 일치한다.
