上海藥物研究所: 人血管活性腸肽受體1的結(jié)構(gòu)與功能研究取得進(jìn)展

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8月17日，中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所研究員蔣軼、徐華強(qiáng)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究員張巖團(tuán)隊(duì)，在人血管活性腸肽受體1（VIP1R）研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，首次解析了VIP1R與多肽配體PACAP27和Gs蛋白復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。該研究論文在線發(fā)表于《自然-通訊》（Nature Communications）。

人血管活性腸肽受體1（VIPR1R）是B類GPCR成員，廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的大腦皮質(zhì)和下丘腦。在生物體內(nèi)，VIP1R在心臟節(jié)律、學(xué)習(xí)、記憶、焦慮以及機(jī)體對(duì)應(yīng)激和腦損傷應(yīng)答等方面發(fā)揮著重要調(diào)節(jié)作用。開(kāi)發(fā)靶向VIP1R的多肽和小分子藥物對(duì)睡眠紊亂、中風(fēng)、神經(jīng)退行性疾病以及和老齡化相關(guān)的記憶損傷等疾病的治療具有積極作用。

VIP1R受體與下游Gs效應(yīng)蛋白組裝效率相對(duì)較低，導(dǎo)致復(fù)合物穩(wěn)定性差和構(gòu)象不均一等問(wèn)題，為該受體復(fù)合物的結(jié)構(gòu)解析帶來(lái)了諸多技術(shù)難題。傳統(tǒng)NanoBiT方法基于蛋白質(zhì)構(gòu)象互補(bǔ)的原理，利用大片段（LgBiT）和小片段（SmBiT）互補(bǔ)結(jié)合為完整且具有活性的熒光素酶，從而實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)間互作的檢測(cè)。受到該系統(tǒng)啟發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)性地利用與LgBiT具有更強(qiáng)親和力的SmBiT突變體HiBiT，通過(guò)分別將LgBiT和HiBiT與VIP1R和Gs蛋白連接，增加局部的復(fù)合物組分濃度，提高了復(fù)合物的組裝效率和樣品穩(wěn)定性，最終獲得了穩(wěn)定的VIP1R復(fù)合物用于結(jié)構(gòu)研究。

利用單顆粒冷凍電鏡重構(gòu)技術(shù)，研究人員首次解析了VIP1R結(jié)合PACAP27和Gs蛋白復(fù)合物的高分辨率結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)比其他B類GPCR成員的多肽結(jié)合口袋，研究發(fā)現(xiàn)VIP1R具有相對(duì)較小的胞內(nèi)多肽配體結(jié)合口袋，并進(jìn)一步明確了PACAP27多肽結(jié)合VIP1R的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，從結(jié)構(gòu)和功能層面確證了多肽氨基末端殘基對(duì)VIP1R結(jié)合和激活的關(guān)鍵作用；通過(guò)比對(duì)VIP1R的同亞家族受體垂體腺苷酸環(huán)化酶激活多肽受體I（PAC1R）與PACAP38復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，研究人員對(duì)PACAP配體識(shí)別該亞家族受體的特性進(jìn)行了對(duì)比分析。相對(duì)PAC1R，內(nèi)源性配體VIP對(duì)VIP1R顯示出更高的選擇性，研究也對(duì)該VIP的受體選擇性提供了潛在的結(jié)構(gòu)學(xué)解釋；最后，研究人員闡明了VIP1R受體激活和G蛋白偶聯(lián)的機(jī)制，以及該機(jī)制相較其他B類GPCR成員的異同等。該項(xiàng)研究為理解多肽受體識(shí)別并激活VIP1R的分子機(jī)制提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，拓展了對(duì)整個(gè)B類GPCR家族配體識(shí)別和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理的認(rèn)識(shí)，也為以VIP1R為靶點(diǎn)的多肽和小分子藥物開(kāi)發(fā)提供了結(jié)構(gòu)模型。

中科院上海藥物所博士生段佳、浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院博士生沈丹丹、美國(guó)溫安洛研究所Edward Zhou和浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院畢鵬是本論文的共同第一作者；蔣軼、徐華強(qiáng)和張巖為本論文的共同通訊作者。該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、上海市科委和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的支持。

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