學(xué)科前沿|我國(guó)科學(xué)家對(duì)生長(zhǎng)激素釋放激素受體的結(jié)構(gòu)、功能和相關(guān)疾病的研究取得重要進(jìn)展
PPS 點(diǎn)擊 藍(lán)字關(guān)注我們↑↑↑↑ 生長(zhǎng)激素釋放激素受體(Growth hormone-releasing hormone receptor, GHRHR)屬于B類G蛋白偶聯(lián)受體,在細(xì)胞增殖、生長(zhǎng)激素合成與分泌等方面發(fā)揮重要作用1。結(jié)合內(nèi)源性配體生長(zhǎng)激素釋放激素(GHRH)后,GHRHR主要通過(guò)激活cAMP信
生長(zhǎng)激素釋放激素受體(Growth hormone-releasing hormone receptor, GHRHR)屬于B類G蛋白偶聯(lián)受體,在細(xì)胞增殖、生長(zhǎng)激素合成與分泌等方面發(fā)揮重要作用1。結(jié)合內(nèi)源性配體生長(zhǎng)激素釋放激素(GHRH)后,GHRHR主要通過(guò)激活cAMP信號(hào)通路而產(chǎn)生生理效應(yīng)。前人早在1960年就發(fā)現(xiàn)下丘腦損傷會(huì)使垂體減少分泌生長(zhǎng)激素(GH)進(jìn)而減緩生長(zhǎng),表明下丘腦存在刺激GH釋放的激素即GHRH2。由于后者在下丘腦存留時(shí)間短暫且有生長(zhǎng)抑制素的干擾,分離提純極為困難,直到1982年才在人胰腺腫瘤中成功獲得3。1993年,人源GHRHR的cDNA在肢端肥大癥患者的垂體腫瘤中首次被克隆4。由于在生長(zhǎng)發(fā)育中所起的關(guān)鍵作用,GHRHR的基因突變會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)發(fā)育障礙,是特發(fā)性生長(zhǎng)激素缺乏癥(Isolated growth hormone deficiency, IGHD)的病因之一5。除了調(diào)節(jié)生長(zhǎng)外,GHRHR的激活還能改善艾滋病患者的脂肪代謝障礙,減少腹部脂肪堆積。近期的多個(gè)研究顯示GHRHR及其剪接變異體(Splice variant)與多種腫瘤的發(fā)生和發(fā)展相關(guān)6,7,目前已有數(shù)個(gè)GHRH多肽類似物如舍莫瑞林(Sermorelin)和替莫瑞林(Tesamorelin)上市。
2020年10月15日,中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所王明偉/楊德華團(tuán)隊(duì)和徐華強(qiáng)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院張巖團(tuán)隊(duì)在Nature Communications發(fā)表了題為“Structural basis for activation of the growth hormone-releasing hormone receptor”的研究論文, 首次報(bào)道了人源GHRHR與GHRH和Gs蛋白復(fù)合物的高分辨率冷凍電鏡結(jié)構(gòu),揭示了GHRHR的配體識(shí)別、信號(hào)激活及疾病發(fā)生的分子機(jī)制,為相關(guān)新藥的研發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

為了增強(qiáng)GHRHR與Gs蛋白的組裝效率,研究人員創(chuàng)新地采用NanoBiT系連技術(shù)8分別在GHRHR和Gs蛋白上引入LgBiT和HiBiT以增加蛋白之間的相互作用,提高復(fù)合物的穩(wěn)定性,最終獲得分辨率高達(dá)2.6 ?的三維結(jié)構(gòu)(圖1)。該項(xiàng)研究揭示了除第4跨膜螺旋(Transmembrane helix 4, TM4)外,其他跨膜螺旋和所有胞外側(cè)環(huán)(Extracellular loop, ECL)與GHRH和GHRHR形成廣泛和復(fù)雜的相互作用,并被受體點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。值得注意的是,盡管GHRH與胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)和長(zhǎng)效甲狀旁腺激素(LA-PTH)都采用螺旋構(gòu)型插入受體跨膜域的結(jié)合口袋,但GHRH氨基端首個(gè)殘基的側(cè)鏈取向尤為特別,提示受體-配體選擇性結(jié)合的精細(xì)調(diào)控模式。

圖1. 人源生長(zhǎng)激素釋放激素受體與內(nèi)源性配體和Gs蛋白復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。左,GHRH-GHRHR-Gs復(fù)合物的冷凍電鏡密度圖;中,GHRHR識(shí)別GHRH的細(xì)節(jié)圖;右,多肽配體氨基端插入受體跨膜域結(jié)合口袋的構(gòu)象比較
在此基礎(chǔ)上,研究人員應(yīng)用信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路實(shí)驗(yàn)(cAMP 水平和β-arrestin 2招募)分析了25個(gè)與IGHD相關(guān)的致病錯(cuò)義突變,并對(duì)其中4個(gè)代表性突變(D60G、R94Q、S140P和R357C)進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)模擬,發(fā)現(xiàn)它們至少通過(guò)三種機(jī)制影響GHRHR的功能而致病:1)破壞胞外域以削弱其同GHRH的結(jié)合能力,如D60G(即“小老鼠”―Little mouse表型的致病突變9)和R94Q;2)破壞受體跨膜域與配體或Gs蛋白的結(jié)合,如R357C;3)破壞跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),如S140P。上述成果增進(jìn)了對(duì)B 類G蛋白偶聯(lián)受體相關(guān)性疾病發(fā)生機(jī)制的認(rèn)識(shí)。
上海藥物所博士后周富來(lái)、浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院博士研究生生張會(huì)冰、復(fù)旦大學(xué)藥學(xué)院博士研究生生叢朝彤、上海藥物所副研究員趙麗華和上海科技大學(xué)研究助理教授周慶同是該論文的共同第一作者。上海藥物所/復(fù)旦大學(xué)王明偉講座教授、浙江大學(xué)張巖研究員、上海藥物所徐華強(qiáng)研究員和楊德華研究員為該論文的共同通訊作者。該研究工作的第一完成單位是上海藥物所,先后獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、國(guó)家科學(xué)技術(shù)部、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)和中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)等的經(jīng)費(fèi)資助。
信息來(lái)源:中科院上海藥物研究所
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