2018年5月28日，中科院上海藥物研究所吳蓓麗課題組與中科院生物物理研究所的研究人員合作在Nature Structural & Molecular Biology上在線發(fā)表了題為“Structural basis for signal recognition and transduction by platelet-activating-factor receptor”的研究論文。這是繼2018年1月5日吳蓓麗研究組在Nature報告與胰高血糖素類似物和部分激動劑NNC1702復(fù)合的全長人胰高血糖素受體(GCGR)的3.0?分辨率晶體結(jié)構(gòu)和2018年4月19日在Nature發(fā)表題為“Structural basis of ligand binding modes at the neuropeptide Y Y1 receptor”的研究論文，報告了2.7和3.0?分辨率結(jié)合兩種選擇性拮抗劑UR-MK299和BMS-193885的人Y1R的晶體結(jié)構(gòu)。并且首次，確定其N端與受體相互作用。對Y1R的這些基于結(jié)構(gòu)的見解，可以實現(xiàn)靶向NPY受體的藥物發(fā)現(xiàn)的又一重磅研究成果。

　　1Nature子刊：血小板活化因子受體識別和轉(zhuǎn)導(dǎo)信號的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

　　血小板活化因子受體(PAFR)對血小板活化因子(PAF)有反應(yīng)，PAF是細胞間通訊的磷脂介質(zhì)，表現(xiàn)出不同的生理效應(yīng)。 PAFR被認為是治療哮喘，炎癥和心血管疾病的重要藥物靶標。在這里，研究人員報告了分別與拮抗劑SR 27417和反向活化劑ABT-491在2.8?和2.9?分辨率下復(fù)合的人PAFR的晶體結(jié)構(gòu)。由PAF的分子對接支持的結(jié)構(gòu)提供對PAFR的信號識別機制的見解。 PAFR-SR 27417結(jié)構(gòu)揭示了一種不尋常的構(gòu)象，顯示螺旋II和IV的細胞內(nèi)尖端分別向外移動13?和4?，螺旋VIII采用向內(nèi)構(gòu)象。 PAFR結(jié)構(gòu)與單分子FRET和基于細胞的功能測定相結(jié)合，表明螺旋束中的構(gòu)象變化是配體依賴性的，并且在PAFR激活中起關(guān)鍵作用，因此極大地擴展了G蛋白偶聯(lián)信號的知識受體。

　　原文鏈接：　　2Nature：2018年第一彈，中科院藥物所吳蓓麗等研究組揭示GPCR復(fù)合物結(jié)構(gòu)(糖原受體)

　　吳蓓麗研究組報告與胰高血糖素類似物和部分激動劑NNC1702復(fù)合的全長人胰高血糖素受體(GCGR)的3.0?分辨率晶體結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)提供了GCGR與肽配體之間相互作用的分子細節(jié)。吳蓓麗研究組進一步提出了GCGR激活的雙結(jié)合位點觸發(fā)模型，其需要莖，第一細胞外環(huán)和TMD的構(gòu)象變化，這擴展了我們對先前建立的B類GPCR的雙結(jié)構(gòu)域肽結(jié)合模型的理解。

　　近日，中國科學院上海藥物研究所在B型G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptor, GPCR)結(jié)構(gòu)與功能研究方面取得又一項重要進展：首次測定了胰高血糖素受體(Glucagon receptor, GCGR)全長蛋白與多肽配體復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)，揭示了該受體對細胞信號分子的特異性識別及其活化調(diào)控機制。這項成果有助于深入理解B型GPCR發(fā)揮生理效應(yīng)的結(jié)構(gòu)生物學基礎(chǔ)，加快2型糖尿病治療新藥的開發(fā)。相關(guān)研究論文于北京時間2018年1月4日在國際頂級學術(shù)期刊《自然》(Nature)上發(fā)表，通訊作者為吳蓓麗研究員和趙強研究員。

　　GPCR是人體內(nèi)最大的膜受體蛋白家族，在細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中發(fā)揮重要作用。GPCR與人體疾病關(guān)系密切，目前有40%以上的上市藥物以GPCR為靶點。根據(jù)其相似性，GPCR可分為A、B、C和F等四種類型。B型GPCR包括GCGR等多種重要的受體蛋白，識別并結(jié)合多肽類激素，對于維持體內(nèi)激素平衡至關(guān)重要。這類受體包含胞外結(jié)構(gòu)域和跨膜結(jié)構(gòu)域，兩者共同參與識別細胞信號。由于獲得穩(wěn)定和完整的B型GPCR蛋白(尤其是B型GPCR與多肽配體結(jié)合的復(fù)合物)難度極大，其結(jié)構(gòu)研究極具挑戰(zhàn)性。

　　GCGR參與調(diào)節(jié)體內(nèi)血糖穩(wěn)態(tài)，是治療2型糖尿病藥物的重要靶點，其結(jié)構(gòu)信息的缺失不僅嚴重制約了對該受體信號識別和轉(zhuǎn)導(dǎo)機制的認識，也極大地影響了靶向GCGR的藥物研發(fā)?目前尚無上市藥物。2017年，由中國科學院上海藥物研究所吳蓓麗、王明偉和蔣華良分別領(lǐng)銜的三個研究組合作解析了全長GCGR蛋白同時與一種小分子變構(gòu)調(diào)節(jié)劑(NNC0640)和拮抗性抗體(mAb1)抗原結(jié)合片段結(jié)合的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)，首次在較高分辨率水平為人們呈現(xiàn)了全長B型GPCR蛋白的三維結(jié)構(gòu)，并揭示該受體不同結(jié)構(gòu)域?qū)ζ浠罨膮f(xié)作調(diào)控機制，邁出了闡明B型GPCR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制的關(guān)鍵一步。

　　爾后，中國科學院上海藥物研究所的相關(guān)科研團隊再次聯(lián)合攻關(guān)，成功解析了全長GCGR與胰高血糖素類似物NNC1702結(jié)合的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)，從而揭示了B型GPCR與多肽配體結(jié)合的精細模式。該項目負責人吳蓓麗研究員表示：“這項成果是我們針對B型GPCR開展結(jié)構(gòu)與功能研究的又一重要進展。GCGR與多肽配體相互作用模式的闡明不僅有助于深入理解B型GPCR對細胞信號分子的識別機制，并且為靶向GCGR的藥物設(shè)計提供了迄今為止精度最高的結(jié)構(gòu)模版，將在很大程度上促進治療2型糖尿病的新藥的研發(fā)”。

　　該團隊成員在以往的研究中發(fā)現(xiàn)，GCGR連接胞外結(jié)構(gòu)域和跨膜結(jié)構(gòu)域的肽段通過與受體蛋白其他區(qū)域的相互作用在受體活化調(diào)控中扮演關(guān)鍵角色。分析GCGR與多肽配體NNC1702結(jié)合的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，并與以往解析的全長GCGR結(jié)構(gòu)進行比較，他們進一步發(fā)現(xiàn)該連接肽段在受體結(jié)合多肽配體時發(fā)生了顯著的構(gòu)象變化，其二級結(jié)構(gòu)由β折疊轉(zhuǎn)變?yōu)棣谅菪殡S結(jié)構(gòu)的遷移，使受體的兩個結(jié)構(gòu)域之間的相對取向發(fā)生了巨大變化，從而促進受體與多肽配體的緊密結(jié)合，導(dǎo)致受體激活。此外，該連接肽通過與多肽配體中段區(qū)域的相互作用對受體跨膜結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象進行精細調(diào)節(jié)，進而調(diào)控受體活化。該論文的共同通訊作者趙強研究員說：“這一發(fā)現(xiàn)著實令人驚嘆，雖然只含12個氨基酸，但這個連接肽卻發(fā)揮著如此重要的作用，這在過去的GPCR結(jié)構(gòu)研究中從未被發(fā)現(xiàn)過，使我們對B型GPCR的信號調(diào)控機制有了更為深入的認識”。

　　基于GCGR與NNC1702結(jié)合的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，該團隊還運用受體?配體競爭結(jié)合、計算機模擬和雙電子共振等多種技術(shù)手段開展了一系列功能性研究，闡明了GCGR在不同功能狀態(tài)下構(gòu)象的動態(tài)變化，并對受體活化的調(diào)控機制進行了深入的探究。這項研究得到上海藥物研究所、復(fù)旦大學和上?？萍即髮W等多個研究組的大力支持。項目的主要合作者之一、上海藥物研究所所長蔣華良院士強調(diào)：“這不僅是上海藥物所GPCR研究團隊取得的又一項重大研究成果，也標志著一個GPCR研究高地已在上海科創(chuàng)中心建設(shè)的核心區(qū)——張江高科技園區(qū)崛起”。

　　研究論文的第一作者是研究生張浩楠，該項目的主要合作者還有中國科學院上海藥物研究所王明偉研究員、楊德華研究員，上?？萍即髮WiHuman研究所Raymond Stevens教授，丹麥諾和諾德公司Steffen Reedtz-Runge博士，加拿大多倫多大學Oliver Ernst教授，美國GPCR研究聯(lián)盟Michael Hanson博士，鄭州大學楊琳琳博士以及華東師范大學陽懷宇教授等。中國科學院、國家自然科學基金委員會、上海市科學與技術(shù)發(fā)展基金和上海市教育委員會等部門資助了這項研究。

全長GCGR結(jié)構(gòu)示意圖：GCGR參與調(diào)節(jié)體內(nèi)血糖穩(wěn)態(tài)，是治療2型糖尿病藥物的重要靶點。

左圖為全長GCGR蛋白與小分子變構(gòu)調(diào)節(jié)劑NNC0640以及拮抗性抗體mAb1結(jié)合的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu);

右圖為全長GCGR蛋白與多肽配體NNC1702結(jié)合的復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)。

兩個結(jié)構(gòu)以飄帶圖和表面圖表示，GCGR的跨膜結(jié)構(gòu)域為藍色，胞外結(jié)構(gòu)域為橙色，連接肽為綠色，第一個胞外環(huán)區(qū)為紫紅色，NNC1702為紅色(右圖)，NNC0640為黃色(左圖)，抗體mAb1為藍綠色(左圖)。細胞膜以灰色區(qū)域表示

　　3Nature：厲害了，2018年上海藥物所吳蓓麗研究組再次發(fā)表重磅研究成果

　　2018年4月19日，上海藥物所吳蓓麗研究組，德國雷根斯堡大學Keller研究組，萊比錫大學Beck-Sickinger研究組合作在Nature發(fā)表題為“Structural basis of ligand binding modes at the neuropeptide Y Y1 receptor”的研究論文，該論文報告分別以2.7和3.0?分辨率結(jié)合兩種選擇性拮抗劑UR-MK299和BMS-193885的人Y1R的晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)合誘變研究的結(jié)構(gòu)揭示了Y1R與幾種結(jié)構(gòu)不同的拮抗劑的結(jié)合模式以及配體選擇性的決定因素。 Y1R結(jié)構(gòu)和內(nèi)源性激動劑NPY的分子對接，以及核磁共振，光交聯(lián)和功能研究，為激動劑的結(jié)合行為提供了深入的見解，并且首次，根據(jù)上海藥物所吳蓓麗等研究組的知識，確定其N端與受體相互作用。對Y1R的這些基于結(jié)構(gòu)的見解，可以實現(xiàn)靶向NPY受體的藥物發(fā)現(xiàn)。這是繼2018年1月5日吳蓓麗研究組在Nature報告與胰高血糖素類似物和部分激動劑NNC1702復(fù)合的全長人胰高血糖素受體(GCGR)的3.0?分辨率晶體結(jié)構(gòu)的又一重磅研究成果。

　　神經(jīng)肽Y(NPY)受體屬于G蛋白偶聯(lián)受體超家族，在食物攝入，焦慮和癌癥生物學中具有重要作用。 NPY-Y受體系統(tǒng)已經(jīng)成為具有三種肽配體(NPY，肽YY和胰多肽)與大多數(shù)哺乳動物中的四種受體結(jié)合的最復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)之一，即具有不同親和力的Y1，Y2，Y4和Y5受體和選擇性。 NPY是最強大的食物攝入興奮劑，這種作用主要由Y1受體(Y1R)介導(dǎo)。許多肽和小分子化合物已被定性為Y1R拮抗劑，并且在治療肥胖，腫瘤和骨丟失方面顯示出臨床潛力。然而，它們的臨床使用受低效力和選擇性，腦穿透能力差或口服生物利用度不足妨礙。

　　在這里，上海藥物所吳蓓麗等研究組報告分別以2.7和3.0?分辨率結(jié)合兩種選擇性拮抗劑UR-MK299和BMS-193885的人Y1R的晶體結(jié)構(gòu)。結(jié)合誘變研究的結(jié)構(gòu)揭示了Y1R與幾種結(jié)構(gòu)不同的拮抗劑的結(jié)合模式以及配體選擇性的決定因素。 Y1R結(jié)構(gòu)和內(nèi)源性激動劑NPY的分子對接，以及核磁共振，光交聯(lián)和功能研究，為激動劑的結(jié)合行為提供了深入的見解，并且首次，根據(jù)上海藥物所吳蓓麗等研究組的知識，確定其N端與受體相互作用。對Y1R的這些基于結(jié)構(gòu)的見解，可以實現(xiàn)靶向NPY受體的藥物發(fā)現(xiàn)。