近日，中國科學(xué)院上海藥物研究所徐華強課題組、余學(xué)奎課題組和中國科學(xué)院分子細胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/生物化學(xué)與細胞生物學(xué)研究所國家蛋白質(zhì)科學(xué)中心（上海）叢堯課題組合作在GPCR跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)領(lǐng)域取得新進展——首次解析了非視覺阻遏蛋白（Arrestin2）與神經(jīng)降壓素受體（NTSR1）復(fù)合物冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，闡述了非視覺阻遏蛋白偶聯(lián)多種不同特征GPCR進行信號整合的作用機制。該研究成果于11月27日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Cell Research。這是徐華強團隊繼發(fā)表在2015年《自然》（Nature）雜志和2017年《細胞》（Cell）雜志里程碑式研究后，在該領(lǐng)域的又一突破，為基于GPCR結(jié)構(gòu)的偏愛性配體的功能研究和設(shè)計優(yōu)化提供了重要的依據(jù)。

GPCR作為人體最大的細胞膜受體蛋白家族，包含800多個成員，是超過三分之一的臨床及在研藥物的作用靶標(biāo)。GPCR主要通過偶聯(lián)下游G蛋白和阻遏蛋白進行信號傳導(dǎo)。阻遏蛋白包括視覺阻遏蛋白（Arrestin1和4）和非視覺阻遏蛋白（Arrestin2和3）。視覺阻遏蛋白主要轉(zhuǎn)導(dǎo)視紫紅質(zhì)受體信號通路，早在2015年，徐華強團隊利用世界最強的X射線自由電子激光技術(shù)得到了高分辨率的Arrestin1-視紫紅質(zhì)復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)。該三維結(jié)構(gòu)第一次展現(xiàn)了阻遏蛋白與GPCR的結(jié)合模式，與G-蛋白與GPCR相互作用截然不同，為深入理解GPCR下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路奠定了重要基礎(chǔ)。而非視覺阻遏蛋白則參與調(diào)控其它800多個GPCR下游信號通路，不僅阻斷受體與G蛋白的結(jié)合，還介導(dǎo)受體的內(nèi)吞及一系列非G蛋白依賴的信號通路。非視覺阻遏蛋白與GPCR復(fù)合物的結(jié)構(gòu)研究一直都是GPCR領(lǐng)域的重點。然而，非視覺阻遏蛋白與GPCR的相互作用較弱，且組裝的復(fù)合物具有高度的柔性，從而給結(jié)構(gòu)解析帶來了很大挑戰(zhàn)。

徐華強團隊經(jīng)過多輪篩選，確定了以NTSR1為模式受體，并歷經(jīng)8年的努力系統(tǒng)探究了增強Arrestin2和NTSR1相互作用及提高復(fù)合物穩(wěn)定性的各種因素，包括阻遏蛋白3A突變體的引入、正向別構(gòu)激動劑ML314與內(nèi)源性配體NTS的聯(lián)合使用、構(gòu)象穩(wěn)定抗體片段Fab30的輔助，復(fù)合物的融合表達、GRK的共表達促進受體磷酸化以及去垢劑的篩選等。該研究最終獲得了較為穩(wěn)定的Arrestin2-NTSR1復(fù)合物，并解析了其冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)與課題組已報道的Arrestin1-視紫紅質(zhì)復(fù)合物結(jié)構(gòu)具有類似的結(jié)合方式，但其中Arrestin2相比于Arrestin1有90°旋轉(zhuǎn)的構(gòu)象差異，使得受體的TM5、TM6和ICL3處于Arrestin2中N端結(jié)構(gòu)域的前面方位，這種構(gòu)象更有利于部分受體采用ICL3取代受體C端招募Arrestin2，可作為探討非視覺阻遏蛋白與GPCR相互作用的第二種模型。

徐華強課題組博士后尹萬超和博士研究生殷裕玲、余學(xué)奎課題組博士后李智海和生化與細胞所國家蛋白質(zhì)科學(xué)中心（上海）叢堯課題組博士金明梁為該論文的共同第一作者。此研究的合作單位還有美國文安德研究所（Van Andel Research Institute）、浙江大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)。該研究得到國家科學(xué)技術(shù)部、國家自然科學(xué)基金委員會、中科院重大科技基礎(chǔ)設(shè)施開放研究項目、上海市科學(xué)技術(shù)委員會、美國國立衛(wèi)生研究院等的資助。

論文鏈接

圖：Arrestin2-NTSR1復(fù)合物與Arrestin1-視紫紅質(zhì)復(fù)合物結(jié)構(gòu)相比，Arrestin2相比于Arrestin1有90°旋轉(zhuǎn)的構(gòu)象差異

來源：上海藥物研究所