高捷合作揭示全长GLP-1R的配体结合前构象

g蛋白偶联受体(GPCR)是一种细胞膜表面有七条跨膜螺旋的膜蛋白受体。这个家庭有826个成员。到目前为止,超过30%的美国食品和药物管理局批准的上市药物针对GPCR。其中,b家族的GPCR通过识别天然多肽激素广泛参与生物功能,其功能障碍将导致肥胖、神经退行性疾病、心血管疾病和癌症[1]除了传统的7个跨膜区(TMD),B族受体还含有一个120-160个氨基酸残基的胞外区(ECD)。细胞外基质和三甲基二胺共同参与多肽配体的结合和受体的激活过程GLP-1R (GLP-1R)是B类GPCR受体家族的重要成员。当内源性多肽配体GLP-1激活GLP-1R时,它将促进葡萄糖依赖性胰岛素的释放,从而控制血糖。因此,GLP-1R一直是糖尿病药物治疗的重要靶点。许多GLP-1激动剂类似物已经成功开发和销售,年销售额达到数百亿美元。上海科技大学人类研究所的雷蒙德·史蒂文斯教授长期从事GPCR的结构和信号机制研究,在基础研究和药物转化方面取得了巨大成就。此前,在科技大学工作期间,研究员宋·领导了对-1R跨膜区2]的非活性晶体结构的分析。同时,被多个激动剂配体结合的活化GLP-1R的全长结构也被分析过[3-5]然而,到目前为止,仍然缺乏对配体结合前全长GLP-1R结构(尤其是胞外结构域的构象)的理解,这限制了对GLP-1R如何结合配体并在一定程度上活化的理解。
2020年3月9日,Stevens研究小组与华东师范大学的宋·高捷研究员等再次合作发表了《自然通讯》上的文章“全长人类GLP-1受体结构,不含正宿主连接体”,成功分析了全长GLP-1R在配体结合前的非活性结构,揭示了细胞外结构域独特的封闭构象

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在这项研究中,研究人员成功地分析了复合物的3.2埃晶体结构,通过使用针对细胞外结构域的非竞争性抗体来增加细胞外结构域的亲水性并增加晶体堆积界面。该结构显示细胞外结构域逆转到跨膜区,并与跨膜区的第一和第三细胞外环弱接触,而不结合配体。与结合前两个配体后激活的受体结构相比,这种胞外结构域构象分别移动了18和28埃。受体不能以这种构象结合内源性多肽,因此是全长受体的非活性构型。通过在胞外区和跨膜区的连接界面设计二硫键突变实验,证实了上述胞外区封闭结构的生理相关性。同时,作者分别用负染色电镜和分子动力学模拟实验证实了受体胞外区的构象是动态变化的,晶体结构中显示的封闭构象是受体结合配体前能量较少的状态。一旦受到多肽配体存在的影响,就有可能通过两种方式切换到易于接受配体的激活状态(图1)该研究还提示了B类受体中细胞外基质的功能多样性:一方面,通过与多肽配体的结合,配体锚定在跨膜区并驱动跨膜区的构象变化以募集下游的G蛋白;另一方面,在没有多肽配体的情况下,ECD通过与跨膜区相互作用来稳定非活性构象,因此它也可以作为负调节因子,这与许多以前的功能研究一致。
研究人员还比较了GLP-1R和其相同家族蛋白胰高血糖素受体(GCGR) [6]的非激活结构,发现这两种蛋白的胞外部分有很大不同。通过比较序列作者,发现这可能是由于两种蛋白质在茎和ECL1上的残基性质不同上述分析表明了B族受体激活途径的多样性。同时,也为原子水平的药物研发和优化提供了结构基础和重要的理论指导。

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图1。全长GLP-1R的活化过程模型(本研究测量的封闭结构在左侧)。据报道,史蒂文斯研究小组的吴凡博士是本文的第一作者,史蒂文斯教授和宋研究员是共同交流的作者。郑州大学的杨教授、中国科学院上海医学研究所的教授和姜华良教授以及诺和诺德、南加州大学和上海科技大学的研究人员也参加了研究。

招聘

。据悉,宋实验室目前因该项目需要招聘2名博士后或助理研究员,待遇从优。该研究小组主要从事膜蛋白的结构和功能研究,如GPCR。请参考:

原始链接:

2020年上半年研究组招聘汇总(0101-0307)2020-03-08
2019年下半年研究组招聘汇总(0701-1231)2020-01-26

参考

1。胰高血糖素样肽-1及其B类G蛋白偶联受体:迈向成功治疗的长征。药理学评论68,954-1013,doi:10.1124/pr.115.011395(2016),

2。宋光杰,等。人GLP-1受体与变构调节剂复合物中的跨膜域结构。Nature 546,312-+,doi:10.1038/nature 22378(2017)。

3。张,杨勇,等.活化的-1受体与G蛋白复合物的冷冻电镜结构.Nature 546,248-+,doi:10.1038/nature 22394(2017)。

4。Jazayeri,A .等.结合到肽激动剂的GLP-1受体的晶体结构(第546卷,第254页,2017)。Nature 548,doi:10.1038/nature 23311(2017).

5。梁,杨玉玲,等。一种偏向性激动剂结合的人-1受体-Gs复合物的相板冷冻电镜结构。Nature 555,121-+,doi:10.1038/nature 25773(2018).

6。张,胡海宁,等。胰高血糖素B类蛋白偶联受体的全长结构。自然546,259-+,doi:10.1038/自然22363(2017)。

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