8月17日，中國科學院上海藥物研究所研究員蔣軼、徐華強團隊聯(lián)合浙江大學醫(yī)學院研究員張巖團隊，在人血管活性腸肽受體1（VIP1R）研究領(lǐng)域取得重要進展，首次解析了VIP1R與多肽配體PACAP27和Gs蛋白復合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。該研究論文在線發(fā)表于《自然-通訊》（Nature Communications）。

人血管活性腸肽受體1（VIPR1R）是B類GPCR成員，廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的大腦皮質(zhì)和下丘腦。在生物體內(nèi)，VIP1R在心臟節(jié)律、學習、記憶、焦慮以及機體對應(yīng)激和腦損傷應(yīng)答等方面發(fā)揮著重要調(diào)節(jié)作用。開發(fā)靶向VIP1R的多肽和小分子藥物對睡眠紊亂、中風、神經(jīng)退行性疾病以及和老齡化相關(guān)的記憶損傷等疾病的治療具有積極作用。

VIP1R受體與下游Gs效應(yīng)蛋白組裝效率相對較低，導致復合物穩(wěn)定性差和構(gòu)象不均一等問題，為該受體復合物的結(jié)構(gòu)解析帶來了諸多技術(shù)難題。傳統(tǒng)NanoBiT方法基于蛋白質(zhì)構(gòu)象互補的原理，利用大片段（LgBiT）和小片段（SmBiT）互補結(jié)合為完整且具有活性的熒光素酶，從而實現(xiàn)蛋白質(zhì)間互作的檢測。受到該系統(tǒng)啟發(fā)，研究團隊開創(chuàng)性地利用與LgBiT具有更強親和力的SmBiT突變體HiBiT，通過分別將LgBiT和HiBiT與VIP1R和Gs蛋白連接，增加局部的復合物組分濃度，提高了復合物的組裝效率和樣品穩(wěn)定性，最終獲得了穩(wěn)定的VIP1R復合物用于結(jié)構(gòu)研究。

利用單顆粒冷凍電鏡重構(gòu)技術(shù)，研究人員首次解析了VIP1R結(jié)合PACAP27和Gs蛋白復合物的高分辨率結(jié)構(gòu)。通過對比其他B類GPCR成員的多肽結(jié)合口袋，研究發(fā)現(xiàn)VIP1R具有相對較小的胞內(nèi)多肽配體結(jié)合口袋，并進一步明確了PACAP27多肽結(jié)合VIP1R的結(jié)構(gòu)細節(jié)，從結(jié)構(gòu)和功能層面確證了多肽氨基末端殘基對VIP1R結(jié)合和激活的關(guān)鍵作用；通過比對VIP1R的同亞家族受體垂體腺苷酸環(huán)化酶激活多肽受體I（PAC1R）與PACAP38復合物的結(jié)構(gòu)，研究人員對PACAP配體識別該亞家族受體的特性進行了對比分析。相對PAC1R，內(nèi)源性配體VIP對VIP1R顯示出更高的選擇性，研究也對該VIP的受體選擇性提供了潛在的結(jié)構(gòu)學解釋；最后，研究人員闡明了VIP1R受體激活和G蛋白偶聯(lián)的機制，以及該機制相較其他B類GPCR成員的異同等。該項研究為理解多肽受體識別并激活VIP1R的分子機制提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，拓展了對整個B類GPCR家族配體識別和信號轉(zhuǎn)導機理的認識，也為以VIP1R為靶點的多肽和小分子藥物開發(fā)提供了結(jié)構(gòu)模型。

中科院上海藥物所博士生段佳、浙江大學基礎(chǔ)醫(yī)學院博士生沈丹丹、美國溫安洛研究所Edward Zhou和浙江大學基礎(chǔ)醫(yī)學院畢鵬是本論文的共同第一作者；蔣軼、徐華強和張巖為本論文的共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金委、科技部、上海市科委和中科院戰(zhàn)略性先導科技專項等的支持。

論文鏈接

人血管活性腸肽受體1的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)解析：a為NanoBiT策略；b為PACAP27-VIP1R-Gs復合物冷凍電鏡密度圖；c為PACAP27與VIP1R受體結(jié)合細節(jié)示意圖

來源： 上海藥物研究所