上海药物所等揭示5-凯发k8国际首页登录

g蛋白偶联受体（gpcrs）是真核生物中最大的一类膜蛋白，在感知胞外信号和介导胞内信息转导中发挥了重要作用，并参与调控多种生理过程，与人类疾病密切相关，是重要的药物靶标蛋白家族。gpcr与第二信使环磷酸腺苷相关的信号通路中，主要通过刺激型g蛋白（g_s）和抑制型g蛋白（g_i）来区分细胞内不同的信号传递方式。了解受体对g_s和g_i信号通路的选择性机制是人们在gpcr和相关信号转导领域长期关注的科学问题。　　5-羟色胺（serotonin, 5-ht）是人体中枢神经系统和周围神经系统的主要神经递质之一，其通过结合5-羟色胺受体发挥调控食欲、记忆、认知，情绪调节和成瘾等生理过程，这也使5-羟色胺受体成为抑郁症、、偏头痛等疾病的重要治疗靶点。5-羟色胺受体家族是gpcr超家族中最复杂的亚家族之一，其包含12种亚型，不同亚型的受体在人体中发挥不同的生理功能，并且与不同种类的g蛋白偶联。其中5-ht₄、5-ht₆和5-ht₇受体主要偶联下游g_s蛋白，5-ht₁和5-ht₅受体主要偶联下游g_i蛋白。对于在同一内源性配体5-ht激活后，不同亚型的5-羟色胺受体如何偏好地偶联下游g蛋白来调控细胞应答还不清楚。　　近日，中国科学院上海药物研究所研究员徐华强团队，联合浙江大学教授张岩团队以及丹麦哥本哈根大学教授david e. gloriam团队等，在molecular cell上以gpcrs steer g_i and g_s selectivity via tm5-tm6 switches as revealed by structures of serotonin receptors为题发表最新研究成果，取得了5-羟色胺受体结构和功能领域又一重要进展，成功解析了5-ht₄、5-ht₆、5-ht₇受体与激活型g蛋白（g_s蛋白）和5-ht₄受体与抑制型g蛋白（g_i蛋白）结合的复合物三维结构。该研究系统性地揭示了小分子配体5-ht和5-ct识别5-羟色胺受体亚型的结构基础，并阐明了5-羟色胺受体选择性偶联g_s蛋白和g_i蛋白的分子机制。　　研究团队采用单颗粒冷冻电镜技术分别对5-ht激活5-ht₄、5-ht₆形成的g_s复合物、5-ct激活5-ht₇形成的g_s复合物和5-ht激活5-ht₄形成的g_i复合物进行了结构重塑，最终解析了4个在配体激活状态下与不同蛋白的复合物结构，其中5-ht-5-ht₄-g_s复合物结构的分辨率为3.1埃，5-ht-5-ht₆-g_s复合物结构的分辨率为3.3埃，5-ct-5-ht₇-g_s复合物结构的分辨率为3.2埃，5-ht-5-ht₄-g_i复合物结构的分辨率为3.2埃（图1）。该团队将所获的这三种g_s偶联的5-羟色胺受体与g_i偶联的5-羟色胺受体进行了结构比较，并与已发表的19种g_s和g_i偶联的a类gpcrs结构进行比较。他们发现，跨膜螺旋tm5和tm6长度作为“macro-switch”来分别确定受体对g_s和g_i的选择性，且这种tm5-tm6长度的“macro-switch”由a类gpcrs-g蛋白结构共享。此外，tm5和tm6中的特定残基充当“micro-switches”与g_s或g_i形成特定的相互作用。这些结果展示了a类gpcrs的g_s和g_i蛋白偶联选择性或混杂的共同机制（图2）。 　　为探究g蛋白偏好5-羟色胺受体的假设，该团队进行了两组实验来检验tm5和tm6的长度是gpcr区分g_s和g_i蛋白的关键因素的假设。第一组实验是将5-ht_1a受体的tm6末端螺旋断裂且tm5螺旋延伸或5-ht₄、5-ht₇受体的tm5末端螺旋断裂且tm6螺旋延伸，功能结果表明这种改造影响了5-ht₄、5-ht₇受体偶联g_s蛋白的能力，然后将5-ht_1a受体由原来g_i偶联转变成了g_s偶联，这些结果支持tm5和tm6长度的“macro-switch”是g蛋白选择性的关键。第二组实验是将g_i偶联的5-ht_1a的tm5-tm6区域与g_s偶联的5-ht₄和5-ht₇受体的tm5-tm6区域互换。研究结果表明，嵌合受体5-ht_1a(5-ht_{4_}p5.50-p6.50)与野生型5-ht₄具有相似的功能，即具有高组成型激活且几乎不受配体调节。同样，5-ht_1a(5-ht_{7_}p5.50-p6.50)显示出与野生型5-ht₇相似的功能，在激动剂诱导下进行的camp积累。如果将5-ht₄和5-ht₇的icl3替换为5-ht_1a，在激动剂诱导下进行的camp积累的能力几乎丧失，类似于野生型5-ht_1a受体。综上所述，该团队以5-羟色胺家族受体为切入点揭示了a类gpcrs的g_s、g_i蛋白偶联选择性机制，并扩展了5-羟色胺受体的配体识别基础。 　　徐华强团队长期致力于5-羟色胺家族受体的结构与功能研究，并取得了一系列系统性研究成果。2013年，该团队于在上首次报导了激动剂结合的5-ht_1b受体的高分辨率晶体结构；2018年，在cell discovery发表了首个反向激动剂结合的5-ht_1b受体的晶体结构；2021年3月，在上首次报道了5-ht_1a、5-ht_1d、5-ht_1e受体的结构，并揭示了磷脂pi4p（ptdins4p）和胆固醇调节受体功能的机制和受体的本底激活机制；2021年7月，在cell research上首次报道了5-ht_1f受体的结构，并揭示了偏头痛药物拉米替坦对该受体的选择性结合机制；2022年5月，在cell discovery上首次报道了5-ht_5a受体的结构。　　在前期研究基础上，该研究不仅揭示了a类gpcr选择性偶联g蛋白的分子机制，首次报道5-ht₄、5-ht₆、5-ht₇受体结构，使所有12种5-羟色胺受体亚型的结构均得到了解析。这些针对5-羟色胺受体的系统性研究丰富了人们对5-羟色胺系统的结构与功能认识，并为开发治疗抑郁症、、偏头痛等疾病的药物提供了重要基础。