《Critical Insights in Biophysics》：Structural characteristics of RAGE and its ligand-binding sites
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晚期糖基化终末产物受体（Receptor for Advanced Glycation Endproducts，RAGE）是一种多配体受体，可在多种疾病中放大免疫应答。RAGE包含一个跨膜结构域、一个免疫球蛋白V样结构域（IgV样结构域）和两个免疫球蛋白C样结
晚期糖基化终末产物受体（Receptor for Advanced Glycation Endproducts，RAGE）是一种多配体受体，可在多种疾病中放大免疫应答。RAGE包含一个跨膜结构域、一个免疫球蛋白V样结构域（IgV样结构域）和两个免疫球蛋白C样结构域（IgC样结构域），并能结合多种配体。研究人员采用多种基于计算机的方法，描述了RAGE的V型结构域识别配体的基础，并将其与其他免疫球蛋白样蛋白进行了比较。研究表明，与其他免疫球蛋白样蛋白类似，RAGE含有一个保守的亚结构——cross-β结构区，其核心为cross-β基序。cross-β结构区整合了RAGE的疏水核心和两个分别结合小分子与蛋白质的表面配体结合位点，一个位于β三明治结构的C-F-G β折叠片表面，另一个由CE-loop区形成。RAGE寡聚化使其能够在不同于上述两个位点的位置结合核酸，从而在RAGE表面形成至少四个不同的位点：两个用于结合小分子和蛋白质，一个用于结合核酸，一个用于RAGE二聚化。尽管与免疫球蛋白在折叠上具有相似性，RAGE并不包含与免疫球蛋白互补决定区（Complementary-Determining Regions，CDRs）类似的配体结合区，因此RAGE与免疫球蛋白在功能上有所不同。
论文解读
研究背景：RAGE是一种跨膜多配体受体，参与癌症、阿尔茨海默病、糖尿病相关心血管并发症和慢性炎症等多种疾病。RAGE的激活可启动MAPK/ERK、PI3K/AKT、JAK/STAT等信号通路，并通过NF-κB形成炎症正反馈循环。RAGE还可与Toll样受体9（TLR9）协作，将HMGB1-核酸复合物递送入细胞，激活自身免疫反应。然而，RAGE的IgVRAGE结构域如何以有限的结构表面识别S100蛋白、HMGB1、核酸和多种小分子，其结构基础尚不明确。本研究旨在通过系统比较RAGE与经典免疫球蛋白样（Ig-like）结构域，确定RAGE中负责配体识别的保守和可变结构元件。
研究人员开展的工作：研究人员以人RAGE胞外域结构（PDB ID：6XQ1和4P2Y）为核心，将其与五种经典Ig样结构域——V型（IgV）、C型（IgC）、S型（IgS）、H型（IgH）和I型（IgI）——的代表结构进行比较，并分析了16个已解析的RAGE-配体复合物。结果显示，IgVRAGE与经典IgV结构域结构同源，含有保守的cross-β结构区和疏水核心；表面存在两个主要配体结合位点，即刚性的C-F-G β折叠片位点和柔性的CE-loop位点；RAGE二聚化与核酸结合则利用另一个位于A-B-E β折叠片的表面。该结构图谱为理解RAGE多配体识别机制和设计靶向RAGE的分子提供了框架。
关键方法：研究人员主要采用计算结构生物学方法。从蛋白质数据银行（Protein Data Bank，PDB）和PDBsum数据库获取Ig样蛋白及RAGE-配体复合物结构；利用SCOP2和InterPro确认结构属于Ig样β三明治折叠；使用Dali软件进行结构比对；使用PyMOL和LPC/CSU软件分析氢键、疏水作用等原子间接触；使用PyIgClassify2定位免疫球蛋白CDR；基于几何标准识别弱氢键。所选代表结构包括2RHE、4FAB、1TEN、1GOF、1FHG，以及五个未分类Ig样结构2J2L、1CTM、1HC1、1Q0E、1RSY。
研究结果：
3.1 Ig样结构域的结构表征
3.1.1 创建所分析Ig样蛋白的数据集：研究人员将RAGE胞外结构域与IgV、IgC、IgS、IgH、IgI五种经典Ig样拓扑代表结构比较，并纳入五个未分类Ig样结构，构成用于系统分析的数据集。
3.1.2 IgVRAGE与IgV的结构同源性及Ig样结构域总体拓扑：Dali比对显示IgVRAGE与Bence-Jones蛋白Rhe的IgV结构域具有结构同源性，Z-score为9.6，RMSD为2.9?，覆盖114个残基；两对关键半胱氨酸形成的二硫键和关键色氨酸堆叠作用保守，八条β链排列相似。
3.1.3 IgVRAGE的cross-β结构区：βB-loop-βC和βE-loop-βF两个超二级结构以反平行方式组成cross-β基序，连同BC-loop和EF-loop形成约40个残基的紧凑亚结构，即cross-β结构区。
3.1.4 Ig样结构的疏水核心：IgV、IgC、IgS、IgH、IgI以及RAGE的IgV、IgC1、IgC2结构域均具有保守的cross-β区和疏水核心；部分未分类Ig样蛋白也保留类似疏水核心，可能代表混合型（M型）Ig样结构域。
3.2 RAGE配体结合的结构分析
3.2.1 RAGE中的两种配体结合类型：基于16个RAGE-配体复合物，配体结合残基聚为两个表面簇。β折叠片簇包括Glu50、Lys52、Arg98、Gln100、Lys110和Asn112，位于C-F-G β折叠片表面；CE-loop簇包括Asp73、Ser74、Arg77、Val78、Leu79、Phe85和Pro87，位于长CE-loop。β折叠片位点较刚性，CE-loop位点较灵活。
3.2.2 CE-loop可能以两种方式结合S100B、S100P和HMGB1：在4XYN和9A18复合物中，Trp61周围肽段与S100B的EF-hand连接环平行结合；在5D7F、2MJW和8I9M复合物中，Trp72周围肽段与S100B、S100P和HMGB1反平行结合。
3.2.3 IgC1RAGE和IgC2RAGE结构域的配体结合：4YBH中，S100A6结合IgC1RAGE的Asp201、Arg203、Arg228和Trp230；2LE9中，S100A13结合IgC2RAGE的Gln268、His270、Met272以及Pro277、Pro279、Pro282；CE-loop在IgC2RAGE中也参与S100蛋白结合。
3.2.4 CE-loop对RAGE配体结合和功能的重要性：缺失54-67片段（含关键Trp61）会完全消除S100B结合；阿尔茨海默病相关的天然G82S多态性位于CE-loop内，可增强RAGE与有害蛋白的结合并激活NF-κB。
3.2.5 HMGB1“长臂”对结合RAGE的重要性：HMGB1中负责结合RAGE的片段为Glu145-Lys157，属于B-box的α-螺旋III，即“长臂”（Long Arm）。RAGE通过Trp72周围CE-loop以反平行方式结合该长臂。
3.2.6 RAGE二聚化和DNA结合：IgVRAGE通过A-B-E β折叠片的堆积形成同源二聚体，以Phe85-Phe85疏水相互作用为中心；DNA识别由Lys37-Lys39-Lys43三赖氨酸簇介导。该核酸结合位点不同于上述两种配体结合位点，可视为第三种结合模式。
3.2.7 两条β-loop-β片段反平行二聚化形成RAGE功能核心：cross-β核心的形成方式与EF-hand蛋白和酸性蛋白酶功能核心的形成相似；两条β-loop-β片段通过两端反平行β折叠片锁定，形成功能基序。
讨论与结论：讨论部分指出，β折叠片配体结合位点可能在Ig样结构域中更为通用，而CE-loop配体结合位点更体现特定结构域的特异性。CE-loop缺失实验和G82S多态性支持其在RAGE功能中的关键作用。RAGE寡聚化使受体能结合核酸并参与更多免疫信号机制，但即使与免疫球蛋白共享Ig样折叠和cross-β基序，RAGE并没有与免疫球蛋白互补决定区（CDRs）类似的配体结合区域，因此二者在功能上不同。研究结论：RAGE是含一个跨膜结构域、一个IgVRAGE结构域和两个IgC样结构域的多配体受体；IgVRAGE与经典V型Ig样结构域结构同源，含有保守二硫键和cross-β基序；在cross-β结构区内侧是疏水核心，外侧是主要配体结合位点，即C-F-G β折叠片表面位点和CE-loop位点；A-B-E β折叠片介导RAGE二聚化，寡聚化使RAGE能结合更多种类的配体，例如核酸；但RAGE没有免疫球蛋白式CDR配体结合区，因此与免疫球蛋白功能不同。
