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英亚app生命科学学院乔安娜、叶升团队在Nature Communications杂志发文揭示GPR119非典型ClassA结构骨架
发布时间:2022-11-21    

 本站讯(生命科学学院供稿)糖尿病(diabetes)和肥胖症(obesity)在当下已成为一种流行。匀死嗟慕】翟斐闪搜现氐耐胁。大麻素受体样G蛋白偶联受体(GPCR)GPR119属于A类GPCR, 在胰岛β细胞和肠道L细胞中高表达,在维持葡萄糖稳态和影响摄食行为中发挥关键作用。GPR119作为治疗靶点,为寻找具有更好药理特性的新型抗肥胖和抗糖尿病的药物提供可能。

2022年11月17日,英亚app生命科学学院乔安娜、叶升团队联合湖北大学吴姗团队,在Nature Communications杂志发表题为“Activation and Signaling Mechanism Revealed by GPR119-GsComplex Structures”的研究文章。

文章首次解析了两种代表性激动剂AR231453(第一个人工合成的GPR119激动剂)和MBX-2982(处于II期临床研究)结合的人源GPR119 -Gs复合物的单颗粒冷冻电镜结构(图1),分辨率分别为2.87 ? 和 2.33 ?。研究者发现GPR119与其他classA家族GPCR不同结构骨架和结合口袋,结合细胞水平功能实验和分子动力学实验等方法,阐明了GPR119的配体识别和与下游Gs蛋白结合的分子机制,为药物的研发提供结构基础。

图1  AR231453-GPR119-Gs(左)和MBX-2982-GPR119-Gs(右)冷冻电镜结构

以往的研究认为,激活态和非激活态的classAGPCR结构都有一个共同的结构骨架,由不同跨膜区(transmembrane domain,)中的36个氨基酸组成的24对相互作用组成。在我们解析的结构中发现,5对相互作用(3.44:5.54, 3.47:5.57, 3.51:5.57, 3.51:5.60 和 5.54:6.41,Ballesteros–Weinstein numbering used in superscript)不保守(图2)。与经典的classA受体β2AR结构比对发现,TM5的螺旋上升了一个氨基酸,使得其形成新的5个TM间相互作用(3.44:5.55, 3.47:5.58, 3.51:5.58, 3.51:5.61 和 5.55:6.41)。所以,基于以往同源建模得到的GPR119模型进行的药物开发和筛选存在误差,研究团队解析的GPR119结构提高了药物开发的精准性。

图2  与传统classA家族成员相比,GPR119显示非典型的结构骨架

 AR231453/MBX-2982-GPR119-Gs的复合物结构揭示GPR119的结合口袋特征显著:第一,非常深,接近到达膜中间;第二,包含7个跨膜螺旋氨基酸;第三,高度疏水。作者将两个小分子配体的结合口袋分成三个部分(图3):胞外腔(extracellular cavity);共轭相叠阀(stacking gate);激活腔(activation cavity)。胞外腔由胞外氨基酸组成,AR231453的2氟苯环和MBX的苯环与受体的F157ECL2和W2657.39堆积在一起构成了共轭相叠阀,激活腔包含toggleswitch开关的氨基酸W2386.48。作者对不同的AR231453和MBX-2982变构体进行对接实验,结合功能实验完美的揭示了以往药理活性与结构(structure-activity relationship)的分子机制。

为了进一步研究其内源性配体的识别和激活机制,作者对内源性脂类配体油酰乙胺醇(N-oleoylethanolamine,OEA)进行了分子对接和信号转导实验。OEA结构中包含长的疏水尾部和亲水头部,它与小分子配体AR231453及MBX-2982的结合方式类似。作者发现OEA的顺式双键与W2386.48堆积在一起,在受体激活中发挥关键作用。

图3  GPR119的延展性结合口袋

此外,结构显示GPR119的ICL1和Gβ之间存在盐桥,盐桥破坏后使下游的cAMP积累量减少,表明Gβ在GPR119中信号传导中具有重要意义,这在其他A类GPCR中从未观察到。结构以及细胞信号转导研究阐明了不同GPR119激动剂的保守结合模式,并深入了解了GPCR的激活和G蛋白偶联的分子机制。

该文章的第一作者为英亚app生命科学学院硕士研究生钱玉霞、湖北大学博士研究生王洁宁和郑州大学杨琳琳教授。英亚app生命科学学院乔安娜副教授、叶升教授和湖北大学吴姗教授为本文的共同通讯作者。英亚app生命科学学院为本文第一单位。该研究得到科技部、国家自然科学基金委员会、中国博士后科学基金等的资助。

原文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-022-34696-6

(编辑 董玥欣 万梦方)



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