徐华强教授JBC发表最新成果

　　

生物通报道：5月13日，国际学术期刊《Journal of Biological Chemistry》在线发表了华东师范大学、美国Van Andel研究所和中科院上海药物研究所的一项最新研究成果，题为“Differential Requirement of the Extracellular Domain in Activation of Class B G Protein-Coupled Receptors”。

本文通讯作者是中科院上海药物研究所的徐华强研究员。徐华强研究员早年毕业于清华大学，2009年入选国家****，兼任中国科学院上海药物研究所研究员。其研究组主要从事膜受体和核受体转换的分子结构特点与功能关系研究，获得多项原创性发现。曾经在Nature、Science 、Science Signaling、 JBC、PNAS等国际著名学术期刊发表论文多篇。相关阅读：徐华强、李家洋Cell Res揭示信号通路新机制；徐华强教授Cell Res发表新成果；徐华强教授合作发表Cell Research文章 获遗传性病变研究突破。

B类分泌素GPCRs家族是由15个肽激素的受体家族组成，包括胰高血糖素、胰高血糖素样肽、甲状旁腺激素和降钙素。这些受体是许多人类疾病重要的药物靶点，包括糖尿病、神经退行性疾病、心血管疾病和精神疾病。完整受体包括两个模块结构域：一个球状细胞外结构域(ECD)，被定义为三个保守的二硫键；一个TMD，包含七个跨膜的螺旋线。

ECD负责激素结合的高亲和力和特异性，并且，受体激活和结合到下游G蛋白的信号以及其他信号效应器都需要TMD。据认为，肽激素结合，可通过其羧基端与ECD的快速结合而继续运作，然后是肽N端与受体TMD的较慢结合，这会导致受体TMD的构象改变和受体激活。被激活的受体首先与刺激性G蛋白耦合，从而导致细胞内cAMP的水平升高。

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B类GPCRs的ECDs在与它们肽配基的复合物中的结构，一直是由x射线晶体学和NMR确定的，并已经提供了关于“配体识别和选择性的结构机制”的有用信息。直到最近，两种B类受体的孤立TMDs在不活跃构象中的晶体结构已经发表，例如，人类胰高血糖素受体(GCGR)和人促肾上腺皮质激素释放因子受体1(CRF1R)。虽然目前已经确定了20多个A类GPCRs的晶体结构，但是，目前还没有完整的B类受体的结构得以报道，因为这些受体固有的不稳定性，以及稳定的高亲和性小分子激动剂和拮抗剂数量有限。

而B类GPCRs的TMDs是高度同源的，ECDs的同源性仅限于6个二硫化合物形成的半胱氨酸，和只有十几个其他的保守残留物。大多数ECD结构只在与配体的复合物中被捕获到，从而表明配体结合可稳定这些蛋白质，因此有利于ECD配体复合物的结晶。与内源性肽激素形成对照，小分子拮抗剂（如cp – 376395，一种CRF1R拮抗剂），是通过大规模筛选发现的，在TMD内表现得变构性，以阻止肽拮抗剂配体的结合和信号。

在这项研究中，研究人员证明，一些B 类GPCRs（如CRF1R、PAC1R和PTH1R）的ECDs，仅作为亲和陷阱，因此，质量作用效果和激素结合可避开对它们的需求，这与流行的肽结合模型和B类GPCRs的激活相一致。

与这个流行的模型相比，GCGR激活GLP1R严格依赖于其ECDs的存在。研究人员进一步对于“GCGR和GLP1R由小分子配体和突变研究的激活，对于ECD的需求”提供了全面的见解。这些结果对于GCGR和GLP1R的激活提供了新的机理认识，这些信息对于这些GPCRs的高亲和力小分子激动剂研发（众所周知很困难）以及对于结晶完整受体的构造设计，可能都是十分有益的。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Differential Requirement of the Extracellular Domain in Activation of Class B G Protein-Coupled Receptors
Abstract: G protein-coupled receptors (GPCRs) from the secretin-like (class B) family are key players in hormonal homeostasis and are important drug targets for the treatment of metabolic disorders and neuronal diseases. They consist of a large N-terminal extracellular domain (ECD) and a transmembrane domain (TMD) with the GPCR signature of seven transmembrane helices. Class B GPCRs are activated by peptide hormones with their C-termini bound to the receptor ECD and their N-termini to the TMD. It is thought that the ECD functions as an affinity trap to bind and localize the hormone to the receptor. This in turn would allow the hormone N-terminus to insert into the TMD and induce conformational changes of the TMD to activate downstream signaling. In contrast to this prevailing model, we demonstrate that human class B GPCRs vary widely in their requirement of the ECD for activation. In one group, represented by corticotrophin-releasing factor receptor 1 (CRF1R), parathyroid hormone receptor (PTH1R), and pituitary adenylate cyclase activating polypeptide type 1 receptor (PAC1R), the ECD requirement for high affinity hormone binding can be bypassed by induced proximity and mass action effects, while in the other group, represented by glucagon receptor (GCGR) and glucagon-like peptide-1 receptor (GLP-1R), the ECD is required for signaling even when the hormone is covalently linked to the TMD. Furthermore, the activation of GLP-1R by small molecules that interact with intracellular side of the receptor is dependent on the presence of its ECD, suggesting a direct role of the ECD in GLP-1R activation.