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摘要半乳糖凝集素(Galectin)是凝集素家族中的一个亚家族，它能通过糖识别结构域(carbohydrate recognition domain，CRD)专一识别并结合含β-半乳糖的多糖配体。内源半乳糖凝集素-1和-3(Gal-1，-3)分别属于原型和嵌合型，是Galectin家族中最具有代表性的两个蛋白，其与糖底物的结合和功能被广泛研究。肿瘤细胞表面TF抗原在约90％的肿瘤细胞表面有表达，与肿瘤细胞的发生、发展和凋亡密切相关。最近的研究表明TF抗原可能作为Gal-1和-3所识别和结合的底物，介导下游的生物学功能的发挥。本论文深入分析研究了内源的Gal-1和-3 CRD与TF抗原的相互作用关系，揭示了体外二者对TF表现出截然不同的亲和力；从分子结构水平上阐述了内源Galectin对TF的特异识别机理；通过结构叠合和序列分析、突变体实验找到并验证了Gal-1阻碍TF结合的结构基础。这对调节它们所参与的肿瘤细胞发生、发展及凋亡等生物学过程具有重要的指导意义，为预防和治疗肿瘤疾病提供了药物靶标，为针对Galectin识别TF抗原的药物设计提供了直接的分子结构基础和依据。<br>　　 本论文利用分子置换方法成功解析了Gal-3 CRD分别与TF抗原及其衍生物TFN、GM1寡糖三个复合物的晶体结构，并揭示了内源的Galectin也采取了与外源凝集素AAL(杨树菇抗肿瘤凝集素)类似的特异辨识TF抗原的作用模式--谷氨酸-水-精氨酸-水氢键网络。序列比对显示，内源的其他半乳糖凝集素如Gal-2，-7，-9对TF抗原的识别和结合可能也是采取这种特异作用模式的。<br>　　 体外结合实验和共晶实验都表明Gal-1和-3 CRD对TF抗原的识别和结合能力截然不同，Gal-3能够高效的识别并结合TF抗原，而Gal-1对TF抗原的亲和力却非常弱。进而对于含TF二糖的衍生物TFN和GM1五糖，也都证明了这一点。深入的三维结构比较和分析，揭示了Gal-1与Gal-3结合TF能力差异的主要结构基础。Gal-1，-3CRD中连接β-折叠片S4-5之间的环肽(loop)L4在序列和结构上存在很大的差异。g1-L4是由AHGDA组成的五残基簇(pentad residue motif)，g3-L4是含ENNR的四残基簇(tetrad residue motif)。两个环肽采取了不同的构象，g1-L4向内折叠从而使整个糖结合口袋变得很狭窄。位于g1-L4上的H52，其咪唑环侧链会与TF抗原的N-乙酰基存在空间障碍，阻碍TF抗原的进入和结合。进一步的分析发现H52提供的这种空间障碍依赖于三个层次的限制：H52位于Ⅱ型β-转角(β-turn)上；咪唑环侧链本身很刚性；H52直接参与对β-半乳糖的识别和作用。此外，特异辨识相对应的两个保守残基Asp54和Arg73在Gal-1中采取了不同的构象从而破环了对TF抗原的特异结合模式。巧妙设计的交换突变体实验验证了基于结构的分析。<br>　　 此外，通过Gal-3与TFN复合物的结构解析，发现了一个全新的糖结合位点(Site2)，首次提出了CRD的“双重糖配体结合模式”(doublet bindingpattern)--一个CRD可以同时结合2个糖配体。通过E165A突变体与TFN复合物的结构解析，阐述了糖结合位点1(Site1)是基础的、重要的，而Site2是附加的、次要的。本论文对这种双糖结合模式可能的生物学功能也做了进一步的讨论。这对CRD结合糖底物的特征和内涵提供了崭新的认识和理解。<br>　　 本论文的第二部分工作是关于幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)致病毒性蛋白CagA片段与体内靶作用蛋白PAR1b激酶结构域复合物(CagA-PAR1b)的结构功能研究。体外功能缺失突变实验验证CagA与PAR1b激酶的相互作用是通过其C端CM16肽(CagA multimerization mitif)介导的。本论文从结构生物学角度出发，研究CM多肽及其在CagA中存在的结构域ABC(西方式)和ABD(东方式)分别与PAR1b激酶的相互作用，希望揭示CagA的致病机理，为针对CagA的药物设计提供结构基础。