白细胞介素-21(IL-21)和白细胞介素-2(IL-2)属于同一家族的Ⅰ型细胞因子,对免疫系统具有调节作用,能够诱导其靶细胞的分裂增殖。IL-21与其受体结合后激活受体,引发一系列下游信号传导,目前其受体信号传导的机理仍不清楚。此外,IL-2高效突变体的发现并没有解释残基突变引起的结构变化。我们首先从结构方面分析IL-21受体从非激活状态转变为激活状态所发生的构象变化,期望能够帮助我们理解IL-21如何选择不同的信号途径来行使不同的免疫调控功能。IL-21 受体由两条异源受体链组成:IL-21 细胞因子特有的 IL-21Rα 受体和公共受体IL-21Rγ。本文中我们主要研究了静息状态时IL-21受体跨膜区和胞内域的构象状态,以及IL-2中变构效应引起的结构变化。具体内容如下:(1)我们使用计算机模建方法构建出IL-21Rα和IL-21Rγ受体跨膜螺旋结构。在二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)双层膜环境中,我们使用分子动力学模拟的方法模拟两段跨膜螺旋结构从完全分离到二聚化的过程,得到稳定的跨膜区二聚体构象。跨膜区是传递跨膜信号的重要桥梁,从分子模拟获得的静息状态时受体跨膜区可能的构象状态能够帮助我们理解受体激活的分子机理。(2)多类细胞因子受体胞内域与细胞膜的作用已有报道,细胞膜参与调节受体信号传导被广泛关注。我们使用计算方法并结合实验技术(表面等离子共振,核磁共振)探究IL-21Rγ受体胞内域蛋白与细胞膜磷脂的相互作用。结果显示该胞内域蛋白能够特异性地与酸性磷脂发生作用,表明IL-21Rγ受体胞内域很可能与细胞膜内膜结合。(3)核磁实验证明氨基酸残基突变的影响能够在亲环蛋白A(CypA)的动态网络中传播,以至远离突变位点的区域。我们使用计算方法分析蛋白质CypA中的动态网络,验证了计算结果的准确性,并且进一步分析了 IL-2和IL-1β中的动态网络。比较野生型和突变型蛋白质结构的差异,我们发现由残基突变引起的结构变化倾向于发生在动态网络中,证实了蛋白质结构与其动态网络的关联。