天津大学生命科学学院团队揭示GPR119非典型ClassA结构骨架

糖尿病(diabetes）和肥胖症(obesity)在当下已成为一种流行病，对人类的健康造成了严重的威胁。大麻素受体样G蛋白偶联受体（GPCR）GPR119属于A类GPCR, 在胰岛β细胞和肠道L细胞中高表达，在维持葡萄糖稳态和影响摄食行为中发挥关键作用。GPR119作为治疗靶点，为寻找具有更好药理特性的新型抗肥胖和抗糖尿病的药物提供可能。

近日，天津大学生命科学学院乔安娜、叶升团队联合湖北大学吴姗团队首次解析了两种代表性激动剂AR231453（第一个人工合成的GPR119激动剂）和MBX-2982（处于II期临床研究）结合的人源GPR119 -Gs复合物的单颗粒冷冻电镜结构（图1），分辨率分别为2.87 Å 和 2.33 Å。研究者发现GPR119与其他classA家族GPCR不同结构骨架和结合口袋，结合细胞水平功能实验和分子动力学实验等方法，阐明了GPR119的配体识别和与下游Gs蛋白结合的分子机制，为药物的研发提供结构基础。相关研究于近日发表在《Nature Communications》上。

 AR231453-GPR119-Gs（左）和MBX-2982-GPR119-Gs（右）冷冻电镜结构

以往的研究认为，激活态和非激活态的classAGPCR结构都有一个共同的结构骨架，由不同跨膜区（transmembrane domain，）中的36个氨基酸组成的24对相互作用组成。在我们解析的结构中发现，5对相互作用（3.44:5.54, 3.47:5.57, 3.51:5.57, 3.51:5.60 和 5.54:6.41，Ballesteros–Weinstein numbering used in superscript）不保守（图2）。与经典的classA受体β2AR结构比对发现，TM5的螺旋上升了一个氨基酸，使得其形成新的5个TM间相互作用(3.44:5.55, 3.47:5.58, 3.51:5.58, 3.51:5.61 和 5.55:6.41)。所以，基于以往同源建模得到的GPR119模型进行的药物开发和筛选存在误差，研究团队解析的GPR119结构提高了药物开发的精准性。

 与传统classA家族成员相比，GPR119显示非典型的结构骨架

AR231453/MBX-2982-GPR119-Gs的复合物结构揭示GPR119的结合口袋特征显著：第一，非常深，接近到达膜中间；第二，包含7个跨膜螺旋氨基酸；第三，高度疏水。作者将两个小分子配体的结合口袋分成三个部分（图3）：胞外腔（extracellular cavity）；共轭相叠阀（stacking gate）；激活腔（activation cavity）。胞外腔由胞外氨基酸组成，AR231453的2氟苯环和MBX的苯环与受体的F157ECL2和W2657.39堆积在一起构成了共轭相叠阀，激活腔包含toggleswitch开关的氨基酸W2386.48。作者对不同的AR231453和MBX-2982变构体进行对接实验，结合功能实验完美的揭示了以往药理活性与结构（structure-activity relationship）的分子机制。

为了进一步研究其内源性配体的识别和激活机制，作者对内源性脂类配体油酰乙胺醇（N-oleoylethanolamine，OEA）进行了分子对接和信号转导实验。OEA结构中包含长的疏水尾部和亲水头部，它与小分子配体AR231453及MBX-2982的结合方式类似。作者发现OEA的顺式双键与W2386.48堆积在一起，在受体激活中发挥关键作用。

GPR119的延展性结合口袋

 此外，结构显示GPR119的ICL1和Gβ之间存在盐桥，盐桥破坏后使下游的cAMP积累量减少，表明Gβ在GPR119中信号传导中具有重要意义，这在其他A类GPCR中从未观察到。结构以及细胞信号转导研究阐明了不同GPR119激动剂的保守结合模式，并深入了解了GPCR的激活和G蛋白偶联的分子机制。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-022-34696-6

转自：“威斯腾生命科学研究院”微信公众号

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