近日，中國科學院上海藥物研究所徐華強/趙麗華團隊聯(lián)合山東大學于曉/孫金鵬團隊、浙江大學基礎醫(yī)學院張巖團隊等，在《自然-通訊》（Nature Communications）上，在線發(fā)表了題為“Structure insights into selective coupling of G protein subtypes by a class B Gprotein-coupled receptor”的研究成果?？蒲腥藛T在揭示B類GPCRs一個亞家族的兩個受體激素識別、受體激活和G蛋白偶聯(lián)的特異性機制基礎上，解析了CRF2R分別與Go蛋白和G11蛋白的復合物三維結構，即B類GPCRs偶聯(lián)Go和G11的首個復合物結構，系統(tǒng)性闡述了促腎上腺皮質激素釋放因子受體偶聯(lián)Gs、G11和Go蛋白的分子作用機制，為B類GPCRs的G蛋白選擇性偶聯(lián)激活機制奠定了研究基礎。

GPCR是細胞表面受體家族中最大的一類，有800多個成員，調控著人體各種生命活動，且與疾病密切相關。有超過30%的藥物作用于GPCR，因而GPCR被認為是最重要的藥物靶點之一。其中，B類GPCR是一類多肽激素受體，包括促腎上腺皮質激素釋放因子（CRF）、胰高血糖素（GCG）、胰高血糖素樣肽（GLP）、甲狀旁腺激素（PTH）等15個激素受體。B類GPCR受體的信號激活過程通過與激動劑結合，偶聯(lián)下游的G蛋白，主要介導Gs信號通路，同時可能介導Gαi/o、Gαq/11等信號通路，發(fā)揮著從身體生長發(fā)育到代謝調節(jié)和骨骼發(fā)育的廣泛生理過程。B類G蛋白偶聯(lián)受體（GPCRs）家族在荷爾蒙激素平衡中起著關鍵作用，是人類重大疾病，如癌癥、糖尿病、抑郁癥、心血管疾病以及骨質疏松等的重要藥物靶點。因此，探索B類GPCRs的G蛋白選擇性偶聯(lián)激活機制，是B類GPCRs研究領域的重要科學問題。

促腎上腺皮質激素釋放因子受體（Corticotropin-Releasing Factor Receptors）CRF1R和CRF2R是B類GPCRs的重要成員，兩個不同的亞類在中樞和外周神經系統(tǒng)發(fā)揮重要作用，是焦慮、抑郁和心血管疾病的重要藥物靶點。2020年，徐華強/趙麗華/張巖團隊在Molecular Cell上發(fā)表了CRF1R和CRF2R兩個亞型在內源性配體UCN1激活下分別與Gs蛋白三聚體復合物的高分辨三維結構。研究揭示了配體識別不同受體的特異性機制，為針對壓力應答、焦慮、抑郁和心腦血管疾病的藥物研發(fā)提供了強有力的結構基礎。2017年，于曉/龔瑤琴/孫金鵬團隊在The Journal of Clinical Investigation上提出，胰島β細胞分泌的UCN3，通過激活胰島δ細胞上的CRF2R，構成胰島內源性細胞環(huán)路的UCN3-CRF2R信號軸，且通過調控CUL4B/PRC2表觀遺傳復合物來維持胰島功能穩(wěn)態(tài)。不正常地阻斷胰島內源性UCN3-CRF2R這條通路導致糖尿病發(fā)生，而UCN3-CRF2R下游與G蛋白亞型偶聯(lián)的機制和功能尚不清楚。

以此為基礎，研究團隊利用單顆粒冷凍電鏡技術分別解析了分辨率為2.8埃和3.7埃的UCN1-CRF2R-Go和UCN1-CRF2R-G11復合物結構，比較了不同G蛋白（Gs、Go和G11）在CRF2R中結合界面的面積大小以及Gα的α5螺旋的C末端氨基酸側鏈大小，發(fā)現(xiàn)C末端氨基酸Gs蛋白中的側鏈最大、與受體形成的結合面積最大、相互作用也最多（G11蛋白次之，Go蛋白再次之），這與B類GPCRs偶聯(lián)不同G蛋白的能力一致（Gs＞Gq/11＞Gi/o）。

上述研究揭示了Gα的α5螺旋的C末端在CRF2R選擇性偶聯(lián)不同G蛋白中具有決定性作用。目前，解析的所有激活構象的B類GPCRs具有與A類GPCRs不同的特征是在TM6的中部會呈近似90度的往外彎折，從而在胞質側形成一個較大的結合口袋，利于G蛋白的結合，而這個較大的結合口袋可以與C末端氨基酸側鏈最大Gs蛋白形成廣泛的相互作用，更好地解釋B類GPCRs家族中經典信號通路Gs蛋白偶聯(lián)的分子基礎，并推進了B類GPCRs在G11、Go信號通路的機制方面的研究進展。

研究工作得到中科院青年創(chuàng)新促進會、國家重點研發(fā)計劃、上海市科學技術委員會、國家自然科學基金委員會等的支持。本研究中的冷凍電鏡數據在上海藥物所冷凍電鏡平臺以及浙江大學電鏡平臺收集。美國溫安洛研究所科研人員參與研究。