2022年11月5日，中國科學(xué)院上海藥物研究所徐華強(qiáng)研究員/趙麗華研究員（第8批會(huì)員）團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合山東大學(xué)于曉，浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院張巖等團(tuán)隊(duì)合作在Nat. Commun在線發(fā)表了題為Structure insights into selective coupling of G protein subtypes by a class B G protein-coupled receptor的研究成果。研究人員在揭示B類GPCRs一個(gè)亞家族的兩個(gè)受體激素識別、受體激活和G蛋白偶聯(lián)的特異性機(jī)制基礎(chǔ)上，又成功解析了CRF2R分別與Go蛋白和G11蛋白復(fù)合物三維結(jié)構(gòu)，這兩個(gè)結(jié)構(gòu)分別是B類GPCRs偶聯(lián)Go和G11的首個(gè)復(fù)合物結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)性闡述了促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子受體偶聯(lián)Gs，G11和Go蛋白的分子作用機(jī)制，奠定了B類GPCRs的 G蛋白選擇性偶聯(lián)激活機(jī)制研究基礎(chǔ)。 GPCR是細(xì)胞表面受體家族中最大的一類，有800多個(gè)成員，調(diào)控著人體各種生命活動(dòng)并且與疾病密切相關(guān)，有超過30%的藥物作用于GPCR，因此GPCR被認(rèn)為是最重要的藥物靶點(diǎn)，其中B類GPCR是一類多肽激素受體，包括促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子（CRF）、胰高血糖素(GCG)、胰高血糖素樣肽（GLP）、甲狀旁腺激素（PTH）、等15個(gè)激素受體，B類GPCR受體的信號激活過程通過與激動(dòng)劑的結(jié)合，偶聯(lián)下游的G蛋白，主要是介導(dǎo)Gs信號通路，同時(shí)也可能介導(dǎo)Gαi/o、Gαq/11等信號通路發(fā)揮著從身體生長發(fā)育到代謝調(diào)節(jié)和骨骼發(fā)育的廣泛生理過程，B類G蛋白偶聯(lián)受體（GPCRs）家族在荷爾蒙激素平衡中起著關(guān)鍵的作用，是人類重大疾病，如癌癥、糖尿病、抑郁癥、心血管疾病以及骨質(zhì)疏松等的重要藥物靶點(diǎn)。因此，了解B類GPCRs的G蛋白選擇性偶聯(lián)激活機(jī)制是B類GPCRs研究領(lǐng)域重要的科學(xué)問題。 促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子受體（Corticotropin-Releasing Factor Receptors）CRF1R和CRF2R是B類GPCRs的重要成員，兩個(gè)不同的亞類在中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用，是焦慮、抑郁和心血管疾病的重要的藥物靶點(diǎn)。徐華強(qiáng)/趙麗華/張巖團(tuán)隊(duì)于2020年在Molecular Cell發(fā)表CRF1R 和CRF2R兩個(gè)亞型在內(nèi)源性配體UCN1激活下分別與Gs蛋白三聚體復(fù)合物的高分辨三維結(jié)構(gòu)，揭示了配體識別不同受體的特異性機(jī)制，為針對壓力應(yīng)答、焦慮、抑郁和心腦血管疾病的藥物研發(fā)提供了強(qiáng)有力的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。 在此前基礎(chǔ)上研究團(tuán)隊(duì)利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)分別解析了分辨率為和2.8 Å和3.7 Å的UCN1-CRF2R-Go和UCN1-CRF2R-G11復(fù)合物結(jié)構(gòu)(圖1a-c)，比較了不同G蛋白（Gs，Go和G11）在CRF2R中結(jié)合界面的面積大小以及Gα的α5螺旋的C末端氨基酸側(cè)鏈大小，比較發(fā)現(xiàn)C末端氨基酸Gs蛋白中的側(cè)鏈最大，與受體形成的結(jié)合面積最大，相互作用也最多，其次是G11蛋白，最后是Go蛋白，這與B類GPCRs偶聯(lián)不同G蛋白的能力一致，Gs > Gq/11> Gi/o，揭示了Gα的α5螺旋的C末端在CRF2R選擇性偶聯(lián)不同G蛋白中起著決定性作用(圖1d-i)。目前解析的所有激活構(gòu)象的B類GPCRs具有與A類GPCRs不同的特征是在TM6的中部會(huì)呈近似90度的往外彎折，從而在胞質(zhì)側(cè)形成一個(gè)較大的結(jié)合口袋，利于G蛋白的結(jié)合，而這個(gè)較大的結(jié)合口袋可以與C末端氨基酸側(cè)鏈最大Gs蛋白形成廣泛的相互作用，更好地解釋B類GPCRs家族中經(jīng)典信號通路Gs蛋白偶聯(lián)的分子基礎(chǔ)，同時(shí)也填補(bǔ)了B類GPCRs在G11，Go信號通路的機(jī)制方面的研究空白。 
圖1 CRF2R與不同G蛋白偶聯(lián)的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)以及對G蛋白選擇性偶聯(lián)分子機(jī)制 上海藥物研究所趙麗華研究員（第8批會(huì)員），山東大學(xué)林婧宇，浙江大學(xué)戢素玉，美國溫安洛研究所X. Edward Zhou為該論文的共同第一作者。徐華強(qiáng)研究員、趙麗華研究員（第8批會(huì)員）、于曉研究員和張巖研究員為共同通訊作者。參與該項(xiàng)工作的還有上海藥物研究所何欣恒博士，山東大學(xué)孫金鵬、肖鵬教授，浙江大學(xué)毛友春研究員，沈丹丹和美國溫安洛研究所Karsten Melcher教授。徐華強(qiáng)/趙麗華研究團(tuán)隊(duì)，長期致力于B類 GPCRs 的結(jié)構(gòu)和功能研究，該項(xiàng)工作獲得中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)以及國家自然科學(xué)基金委員會(huì)等項(xiàng)目資助。本研究中的冷凍電鏡數(shù)據(jù)在上海藥物所冷凍電鏡平臺以及浙江大學(xué)電鏡平臺收集。 全文鏈接：https://rdcu.be/cY0UP
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