上海藥物所等解析人源甲狀旁腺激素受體2復(fù)合物三維結(jié)構(gòu)

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北京時間8月6日，中國科學(xué)院上海藥物研究所王明偉/楊德華團隊、徐華強/趙麗華團隊攜手蔣華良/程曦團隊，在PNAS上在線發(fā)表了研究成果Molecular insights into differentiated ligand recognition of the human parathyroid hormone receptor 2。這篇由諾貝爾化學(xué)獎得主Robert J. Lefkowitz主審的直投（PNAS Direct Submission）論文首次報道了人源甲狀旁腺激素受體2（Parathyroid hormone receptor 2，PTH2R）與其內(nèi)源性配體和Gs蛋白復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，揭示了PTH2R的配體選擇性、拮抗作用及疾病發(fā)生的分子機制，為相關(guān)新藥的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

　　PTH2R是B1類G蛋白偶聯(lián)受體家族成員，由550個氨基酸組成，主要分布在腦部，參與疼痛傳導(dǎo)、傷口愈合和機械感知。PTH2R也可調(diào)控鈣離子轉(zhuǎn)運，改善角質(zhì)細胞分化，是Darier病和Hailey-Hailey病的潛在治療靶點。PTH2R和甲狀旁腺激素受體1（Parathyroid hormone receptor 1，PTH1R）的天然配體包括甲狀旁腺激素（Parathyroid hormone，PTH）、肺漏斗肽39（Tuberoinfundibular peptide 39，TIP39）和甲狀旁腺激素類似肽（Parathyroid hormone-related peptide，PTHrP）。PTH2R可被TIP39和PTH識別，而PTH1R只能被PTHrP和PTH激活。

　　該團隊此前解析了PTH1R與長效甲狀旁腺激素（Long-acting parathyroid hormone，LA-PTH）復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了PTH1R胞外側(cè)結(jié)構(gòu)域極具靈活性，但PTH2R和PTH1R特異性識別內(nèi)源配體的分子機制尚不明了。科研人員經(jīng)過前期載體篩選和應(yīng)用NanoBiT系連技術(shù)，獲得了顆粒均一且性狀穩(wěn)定的高質(zhì)量蛋白復(fù)合物。研究人員借助上海藥物所300 kV冷凍電鏡拍攝的清晰圖像和后繼單顆粒三維重構(gòu)，獲得了分辨率為2.8埃的TIP39-PTH2R-G_s三元復(fù)合物的立體結(jié)構(gòu)（圖1）。

　　研究揭示，PTH2R內(nèi)源配體TIP39呈現(xiàn)兩親性α螺旋，羧基端與胞外結(jié)構(gòu)域作用，氨基端則插入受體跨膜結(jié)構(gòu)域。與以往已解析的B1類GPCR結(jié)構(gòu)不同，TIP39末端氨基與自身氨基酸殘基以氫鍵方式形成閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，較深地插入至跨膜結(jié)構(gòu)域（圖1）。與PTH1R相比，PTH2R的第一跨膜螺旋更長，向受體中心彎折，且第一跨膜螺旋與TIP39相互作用（圖2），這或是PTH2R選擇性識別配體的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。分子動力學(xué)模擬和點突變實驗證明，PTH2R的Y318^5.39b、K197^2.67b和R305^ECL2參與配體的特異性識別（圖2）。截短TIP39的氨基端則使之成為PTH2R的拮抗劑即TIP(7-39)。分子動力學(xué)模擬結(jié)果表明，TIP(7-39)與PTH2R相互作用導(dǎo)致第六跨膜螺旋彎折的角度相比全長TIP39所引起的彎折角度小，從而解釋了TIP(7-39)拮抗作用的分子機制?；赥IP39-PTH2R-Gs復(fù)合物結(jié)構(gòu)，引入導(dǎo)致生長發(fā)育遲緩的G258D突變，分子動力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)該變異受體胞內(nèi)側(cè)疏水作用被破壞，與G蛋白結(jié)合能力減弱，點突變實驗也佐證了這一結(jié)論。

　　該研究成果的第一完成單位是上海藥物所，華中科技大學(xué)和復(fù)旦大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院等參與研究。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家科技重大專項、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、上海市科技發(fā)展基金和諾和諾德-中科院研究基金等的資助。

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