2024年2月2日，浙江大学基础医学院/医学院附属第四医院郭江涛团队、浙江大学医学院/良渚实验室徐浩新团队、中国科学院分子植物科学卓越创新中心范敏锐团队、浙江大学医学院附属第四医院/浙江大学“一带一路”国际医学院/浙江大学国际健康研究院苏楠楠团队合作在 Science 期刊发表了题为Structural basis for sugar perception by Drosophila gustatory receptors 的研究论文。该研究报道了甜味受体GR的高分辨率结构，并结合电生理、钙成像、分子动力学模拟等实验，揭示了糖分子激活果蝇甜味受体GR的分子机制。
研究团队首先利用电生理和钙成像技术系统研究了甜味受体GR43a和GR64a的功能，证明了GR43a和GR64a是糖分子直接激活的阳离子通道：GR43a可以被单糖果糖特异性激活，GR64a可以被二糖（蔗糖和麦芽糖）特异性激活。随后，研究团队利用单颗粒冷冻电镜技术解析了未结合糖分子（apo态）和结合糖分子的GR43a和GR64a的三维结构。GR43a和GR64a以同源四聚体形式存在，每个亚基包含7次跨膜螺旋（S1-S7）：其中每个亚基的S1-S6组成配体结合结构域（LBD），参与配体的识别，四个亚基的S7b形成离子通透的中央孔道结构域（PD）。在结合糖分子的结构（GR43afructose、GR64asucrose和GR64amaltose）中，糖分子结合在GR的LBD，与周围氨基酸发生氢键和CH-π相互作用。GR43a通过狭窄的口袋识别果糖；该口袋既不能容纳二糖，也不能稳定容纳葡萄糖。相反，GR64a则用更大更平缓的口袋结合二糖；该口袋具有结构可塑性，可结合蔗糖和麦芽糖，但不能稳定结合单糖如葡萄糖和果糖。突变体的电生理和钙成像实验进一步证实了糖分子在GR43a和GR64a上的结合模式。
在apo态和结合糖分子的GR结构中，孔道结构域PD均处于关闭态。为了揭示糖分子结合引起GR通道PD开放的机制，研究团队解析了结合果糖的组成型激活突变体GR43a-I418A的结构（GR43aI418A-fructose），该结构中PD处于开放态。通过比较GR43aapo、GR43afructose和GR43aI418A-fructose三个结构，研究团队揭示了果糖激活GR43a的分子机制：果糖分子结合到GR43a的配体结合口袋，引起跨膜螺旋S5和S6朝向LBD中心移动；LBD的这种收缩移动通过S5和S7b氨基酸侧链之间的氢键和疏水相互作用传递到组成PD的S7b，导致S7b的弯曲；随着S7b弯曲，GR43a的中央孔道打开，细胞外的阳离子进入细胞内，从而产生电信号。
总的来说，该研究证明了甜味受体GR是糖分子激活的阳离子通道，解析了甜味受体GR43a和GR64a在未结合糖分子和结合糖分子（果糖、蔗糖和麦芽糖）的三维结构，明确了糖分子与甜味受体GR的结合模式，阐明了糖分子激活GR43a的分子机制。这是国际上首次报道昆虫味觉受体GR的结构。该工作将有助于指导开发新型害虫引诱剂或驱虫剂，用于防治害虫。除了味觉，GR及其相近的嗅觉受体OR蛋白还可以感受信息素、温度、光等多种化学和物理信号。因此，GR的这项工作打开了一扇大门，为进一步研究昆虫感知外界信号的分子机制打下了基础。
