登录
 机构网站
  1. 首页
  2. 情报产品
  3. 快讯详情

《Nature | 揭示苦味受体TAS2R14独特的配体识别机制》

  • 来源专题：战略生物资源
  • 编译者： 李康音
  • 发布时间：2024-05-26

  • 2024年5月22日，上海科技大学iHuman研究所、生命科学与技术学院华甜和刘志杰团队，联合山东大学基础医学院孙金鹏团队及上海交通大学医学院第九人民医院杨驰团队在Nature上发表了题为Bitter taste TAS2R14 activation by intracellular tastants and cholesterol 的最新研究成果，揭示了植物来源苦味物质、上市药物分子及胆固醇对苦味受体TAS2R14的独特调控机制。

    联合研究团队利用单颗粒冷冻电镜技术，获得了人源苦味受体TAS2R14分别与植物来源马兜铃酸A (Aristolochic acid, AA) ，药物分子氟芬那酸 (flufenamic acid, FFA) 和 compound 28.1结合，以及与不同G蛋白偶联状态下的高分辨率结构。发现TAS2R14中至少存在三个可被不同配体调控的位点，其中AA，FFA和compound 28.1意外地结合在受体胞内跨膜区的口袋2 （pocket-2）中， AA也可以结合在口袋3（pocket-3）中，而胆固醇分子却反客为主地结合在GPCRs经典的正构配体结合口袋内（pocket-1）。此外，受体的第六个跨膜螺旋TM6的胞内端通过自身结构在无序-有序间的构象变化精妙协调配体识别以及不同G蛋白与受体的结合。这些现象颠覆了人们对GPCR配体识别的传统认知，揭示了苦味受体全新的配体识别和受体激活机制。

    通过进一步的细胞水平功能实验和分子动力学模拟，该研究验证了结合在非正构位点的苦味分子仍是激活TAS2R14的主要动力。在口袋2中，AA，FFA和compound 28.1均与受体激活密切相关的氨基酸结构域形成重要的相互作用，而胆固醇能够稳定结合并独立激活受体。此外通过一系列突变及胆固醇敲除等实验，揭示了三个结合口袋在配体识别及受体激活上的分工和协作关系。

    该研究克服诸多困难，解析了苦味受体TAS2R14与野生型下游信号转导蛋白Gustducin和Gi1三聚体的复合物三维结构，揭示了不同G蛋白与TAS2R14的结合模式，为进一步研究苦味受体的下游不同信号转导通路所介导的生理功能提供了非常重要的理论基础。除了自身的独特性质，TAS2R14还具有和团队之前报道的苦味受体TAS2R46中一些类似的结构特征，例如在正构口袋中的保守残基W3.32，苦味受体激活相关的保守结构域，以及G蛋白与受体的预结合模式等。

    以上研究揭示了诸多苦味受体结构与功能的独特性质，极大拓展了人们对GPCR配体识别以及受体激活的认知，破解了TAS2R14识别结构多样的苦味物质的分子密码以及胆固醇直接调控苦味受体的全新分子机制。这些成果还加深了对苦味受体结构和功能的理解，并为设计靶向TAS2R14的药物候选分子提供了全新的视角。

  • 原文来源：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07569-9
437浏览量
原文链接
相关报告

  • 《Nature | μ型阿片受体的动态构象机制》
    • 来源专题：战略生物资源
    • 编译者：李康音
    • 发布时间：2024-04-14
    • 2024年4月10日，清华大学陈春来、斯坦福大学Brian K. Kobilka、加州大学洛杉矶分校Matthias Elgeti共同通讯在Nature发表题为Ligand efficacy modulates conformational dynamics of the μ-opioid receptor的文章，深入研究了μ-阿片受体这种重要的G蛋白偶联受体（GPCR）的复杂结构和动力学特性，其在疼痛管理和各种生理过程的调节中发挥着关键作用。 阿片受体是一类存在于人体神经系统中的蛋白质受体，对阿片类药物（如吗啡、哌替啶等）及内源性阿片肽（如内啡肽、外啡肽等）起作用。这些受体主要分布于中枢神经系统（如大脑和脊髓）以及周围神经系统中的神经元上。阿片受体有μ、κ、δ等多种类型。这项研究的重点是了解从拮抗剂到超效激动剂等不同配体的结合如何调节μ-阿片受体（μOR）的构象整合。通过结合包括DEER和smFRET等的尖端技术，研究人员发现了受体构象动力学及其对信号转导的影响的显著细节。其中一个关键发现是识别了TM6的特定构象状态，已知TM6在GPCR激活中起着关键作用。DEER揭示了六种不同构象状态的复杂集合，研究人员将其分为非活性（R1和R2）和活性（R3和R4）状态。重要的是，发现这些状态的相对群体受到结合配体性质的强烈影响，拮抗剂有利于非活性构象，而高效激动剂稳定活性状态。 此外，研究人员证明，受体下游转导子G蛋白和β-arrestin的结合可以进一步调节构象平衡。值得注意的是，G蛋白结合优先稳定R3活性状态，而β-arrestin结合与R3和R4活性状态表现出更混杂的相互作用。这些发现表明，受体的构象动力学在决定不同信号通路的信号偏向方面起着至关重要的作用。smFRET实验提供了对受体构象动力学更深入的了解。通过使用两种不同的荧光团对，研究人员能够捕捉受体内的快速（<100ms）和慢速（>100ms）构象转变。作者发现快速转变是配体依赖性的，FRET峰的位置与结合配体的功效相关。另一方面，缓慢的转变归因于受体的细胞内环2（ICL2）的结构变化，而ICL2对G蛋白的结合和激活至关重要。 研究人员通过检查GDP对μOR-G蛋白复合物的影响，进一步探索了受体的构象动力学和G蛋白偶联之间的相互作用。他们的研究结果表明，高效和超高效激动剂不仅促进了无核苷酸的μOR-G蛋白复合物的形成，而且降低了GDP的亲和力，从而促进了G蛋白的活化。相反，低效力的G蛋白偏向激动剂表现出更稳定的GDP结合的μOR-G蛋白复合物，为其降低的信号功效提供了解释。 总的来说，这项研究代表了整合结构生物学的一项成就，揭示了配体结合调节μ-阿片受体构象动力学的复杂而微妙的方式。通过揭示支配受体激活和信号转导的潜在结构变化，这项工作有可能为开发针对阿片受体系统的更具选择性和更安全的治疗剂提供信息。
    667浏览量
    原文链接

  • 《张岩/于晓/谢欣/孙金鹏合作揭示GPCR胆汁酸受体配体识别和激活的独特机制》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2020-07-29
    • 胆汁酸是一类由肝细胞产生,并由胆管分泌到肠道的两亲性代谢产物，在消化过程中对人体摄入的脂肪有重要的乳化作用。肝脏生成的两种初级胆酸可由肠道菌群进一步代谢为多种次级胆酸,对代谢和炎症相关的生理过程有重要的调节作用。胆汁酸及其受体为核心构成的肝脏-胆汁酸-肠道菌群信号转导轴，是近期生物医学研究的热点之一。最近研究表明，许多天然胆汁酸及其衍生物对原发性胆汁性胆管炎(PBC)、非酒精性脂肪性肝炎(NASH)、和II型糖尿病等疾病有治疗作用。 　　在生物体内，胆汁酸主要通过激活膜受体（GPBAR/TGR5）和核受体FXR发挥作用。GPBAR是G蛋白偶联受体（GPCR），胆汁酸的许多有益作用可归因于GPBAR与Gs信号途径，如降血糖作用，促白色脂肪细胞组织褐化，对抗脂肪变性等。最新研究也表明，胆汁酸可激活GPBAR与β-arrestin的相互作用,并介导抗病毒的天然免疫反应。然而，GPBAR激活导致的胆囊肥大及皮肤搔痒等副作用影响了靶向该受体的新药研发。因此，从分子层面解析GPBAR如何识别不同胆汁酸并偏向性激活下游通路的机制，对GPBAR生理功能的理解及靶向该受体的新药研发具有重大意义。 　　7月22日，国际学术期刊Nature在线发表了浙江大学医学院、良渚实验室（系统医学与精准诊治浙江省实验室）张岩研究员团队，中国科学院上海药物研究所谢欣研究员团队以及山东大学基础医学院的于晓教授和孙金鹏教授团队通力合作的研究论文“Structural basis of GPBAR activation and bile acid recognition”。 　　该研究中，科学家们首次利用单颗粒冷冻电镜重构技术解析了胆汁酸受体GPBAR在合成配体P395以及胆汁酸类似物INT-777作用下与Gs蛋白三聚体形成的复合物的高分辨率结构（图1），明确了GPBAR对两亲性配体的识别机制，揭示了GPBAR识别多种胆汁酸的指纹图谱。研究发现GPBAR的配体结合口袋中由第五个螺旋及两个胞外环来构成疏水侧面，从而面对胆汁酸的疏水一面，而胆汁酸的另一个亲水结合面则朝向螺旋6和7之间的亲水氨基酸集团，形成特异性的相互作用。通过对内源性胆汁酸类似物INT-777与GPBAR的结合模式的分析，以及内源性配体CA、DCA、DCA、LCA、TCA、GCA、TDCA、UDCA和TUDCA的配体结合，经过生化及药理学分析，联合团队找到了GPBAR识别不同胆汁酸的指纹图谱（图2）。这为深入理解胆汁酸的作用机理以及针对于GPBAR的药物设计提供了理论基础。 　　其次，科研团队鉴定了天然胆汁酸结合受体的别构位点（图3a）。通过电镜结构解析，团队发现GPBAR受体TM3-5附近存在配体第二个结合口袋。通过对内源性配体的结构及生化数据分析，科研人员发现10种胆汁酸中的5个具有12-OH的胆汁酸可以结合在该位点上，并别构调控胆汁酸受体激活的过程（图3b）。这为理解胆汁酸如何作用于其膜受体的生理过程，以及发展和开发别构位点的小分子药物提供理论基础。 　　此外，团队还阐明了GPBAR非经典激活机制以及受体第三个胞内环的重要功能，探究了不同配体介导受体下游信号偏向性的结构基础，扩展了人们对GPCR激活机制和对GPCR-G蛋白的偶联的新机制的认识，为开发偏向性配体及药物的开发提供理论基础。 　　本研究对肝肠轴的信号转导机制研究，以及GPCR的激活过程等都将产生广泛的影响。考虑到GPBAR在代谢和免疫调节中的重要作用，GPBAR与激动剂的高分辨率结构以及这些新的发现将促进基于结构的药物设计。 　　山东大学基础医学院博士后杨帆、副教授肖鹏及博士郭璐璐、林婧宇、吴襄、浙江大学基础医学院博士后毛春友、明倩倩为共同第一作者；张岩研究员，于晓教授、谢欣研究员和孙金鹏教授为本论文共同通讯作者。 　　谢欣研究员主要从事基于GPCR的新药发现及机制研究，以及小分子化合物调控干细胞命运的研究。本研究工作得到国家自然科学基金委相关人才计划及重点基金的支持。
    173浏览量
    原文链接