上海药物所等解析人源甲状旁腺激素受体2复合物三维结构 -凯发k8国际首页登录

北京时间8月6日，中国科学院上海药物研究所王明伟/杨德华团队、徐华强/赵丽华团队携手蒋华良/程曦团队，在pnas上在线发表了研究成果molecular insights into differentiated ligand recognition of the human parathyroid hormone receptor 2。这篇由诺贝尔化学奖得主robert j. lefkowitz主审的直投（pnas direct submission）论文首次报道了人源甲状旁腺激素受体2（parathyroid hormone receptor 2，pth2r）与其内源性配体和gs蛋白复合物的冷冻电镜结构，揭示了pth2r的配体选择性、拮抗作用及疾病发生的分子机制，为相关新药的研发奠定了基础。　　pth2r是b1类g蛋白偶联受体家族成员，由550个氨基酸组成，主要分布在脑部，参与疼痛传导、伤口愈合和机械感知。pth2r也可调控钙离子转运，改善角质细胞分化，是darier病和hailey-hailey病的潜在治疗靶点。pth2r和甲状旁腺激素受体1（parathyroid hormone receptor 1，pth1r）的天然配体包括甲状旁腺激素（parathyroid hormone，pth）、肺漏斗肽39（tuberoinfundibular peptide 39，tip39）和甲状旁腺激素类似肽（parathyroid hormone-related peptide，pthrp）。pth2r可被tip39和pth识别，而pth1r只能被pthrp和pth激活。　　该团队此前解析了pth1r与长效甲状旁腺激素（long-acting parathyroid hormone，la-pth）复合物的三维结构，发现了pth1r胞外侧结构域极具灵活性，但pth2r和pth1r特异性识别内源配体的分子机制尚不明了。科研人员经过前期载体筛选和应用nanobit系连技术，获得了颗粒均一且性状稳定的高质量蛋白复合物。研究人员借助上海药物所300 kv冷冻电镜拍摄的清晰图像和后继单颗粒三维重构，获得了分辨率为2.8埃的tip39-pth2r-g_s三元复合物的立体结构（图1）。　　研究揭示，pth2r内源配体tip39呈现两亲性α螺旋，羧基端与胞外结构域作用，氨基端则插入受体跨膜结构域。与以往已解析的b1类gpcr结构不同，tip39末端氨基与自身氨基酸残基以氢键方式形成闭合环状结构，较深地插入至跨膜结构域（图1）。与pth1r相比，pth2r的第一跨膜螺旋更长，向受体中心弯折，且第一跨膜螺旋与tip39相互作用（图2），这或是pth2r选择性识别配体的结构基础。分子动力学模拟和点突变实验证明，pth2r的y318^5.39b、k197^2.67b和r305^ecl2参与配体的特异性识别（图2）。截短tip39的氨基端则使之成为pth2r的拮抗剂即tip(7-39)。分子动力学模拟结果表明，tip(7-39)与pth2r相互作用导致第六跨膜螺旋弯折的角度相比全长tip39所引起的弯折角度为小，从而解释了tip(7-39)拮抗作用的分子机制。基于tip39-pth2r-gs复合物结构，引入导致生长发育迟缓的g258d突变，分子动力学模拟发现该变异受体胞内侧疏水作用被破坏，与g蛋白结合能力减弱，点突变实验也佐证了这一结论。　　　　该研究成果的第一完成单位是上海药物所，华中科技大学和复旦大学基础医学院等参与研究。研究工作得到国家自然科学基金、国家科技重大专项、国家重点基础研究发展计划、中科院战略性先导科技专项、上海市科技发展基金和诺和诺德-中科院研究基金等的资助。