既往研究發(fā)現(xiàn)，琥珀酸是三羧酸循環(huán)重要的中間產(chǎn)物，在調(diào)控線粒體氧化應(yīng)激的穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用，而這一功能主要通過G蛋白偶聯(lián)受體家族中的重要成員SUCR1介導(dǎo)。SUCR1亦被稱為GPR91。有研究證實(shí)琥珀酸是SUCR1的內(nèi)源性配體。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，該受體的激活與肝纖維化、高血壓和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等相關(guān)。因此，研究SUCR1的配體識(shí)別機(jī)制和激活機(jī)制，對(duì)于探討SUCR1的生理功能并開發(fā)靶向SUCR1的藥物具有積極意義。
該研究利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)，分別解析SUCR1被琥珀酸、馬來酸和compound 31激活，并偶聯(lián)下游G蛋白復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，分辨率分別為2.75埃、2.69埃和2.48埃。結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，在琥珀酸和SUCR1的復(fù)合物結(jié)構(gòu)中，琥珀酸兩端親水性的羧基與Y301.39、Y832.64形成氫鍵，與R993.29、R2817.39形成離子鍵，而中間烷基的部分和周圍氨基酸形成疏水相互作用。研究顯示，將結(jié)合口袋中關(guān)鍵的殘基如Y301.39、L792.60、Y832.64、R993.29、R2817.39、L1023.32等突變成丙氨酸均降低了配體的活性，證實(shí)了它們?cè)阽晁峤Y(jié)合和受體活化中的重要作用。馬來酸和琥珀酸結(jié)構(gòu)相似，在SUCR1的結(jié)合口袋也相似。compound 31是人工合成的高效SUCR1激動(dòng)劑。在compound 31和SUCR1的復(fù)合物結(jié)構(gòu)中，研究發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)結(jié)合口袋。compound 31的“琥珀酸”部分和琥珀酸、馬來酸的結(jié)合口袋幾乎一致，而“雙環(huán)”部分使R993.29的側(cè)鏈發(fā)生偏轉(zhuǎn)，進(jìn)而延伸到一個(gè)新的口袋中。這種獨(dú)特的結(jié)合模式可能是compound 31與琥珀酸、馬來酸相比更能有效激活SUCR1的原因。關(guān)鍵氨基酸殘基的功能突變?nèi)鏨301.39A、L792.60A、N983.29A等，能夠減弱配體的激活效應(yīng)，揭示了這些相互作用對(duì)于配體識(shí)別的重要意義。
三種復(fù)合物的整體構(gòu)象較為相似，均捕捉到SUCR1的激活構(gòu)象——胞內(nèi)端TM6外移而TM7內(nèi)移，形成與Gi蛋白C末端α5螺旋交互的空腔，體現(xiàn)了SUCR1與Gi蛋白偶聯(lián)的經(jīng)典GPCR活化模式。活化過程中，配體和疏水殘基L1023.32、F2857.43形成疏水相互作用，推動(dòng)F2857.43下移并與L1063.36、F2456.48等殘基緊密作用，引發(fā)TM6的整體外移，從而完成SUCR1受體活化過程。這闡釋了SUCR1的活化機(jī)制，揭示了SUCR1與不同配體分子結(jié)合的微觀細(xì)節(jié)，為開發(fā)新型靶向SUCR1的化合物奠定了基礎(chǔ)。
上海藥物所為第一完成單位。研究工作得到國(guó)家重大科技專項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市市級(jí)科技重大專項(xiàng)等的支持。該研究使用的冷凍電鏡數(shù)據(jù)由上海藥物所高峰電鏡中心收集。
上海藥物所等揭示琥珀酸受體配體識(shí)別和激活的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)
