近日，湖北大学生命科学学院、省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室吴姗教授团队和天津大学乔安娜、叶升团队合作在国际权威期刊Nature Communications上在线发表题为“Activation and Signaling Mechanism Revealed by GPR119-Gs Complex Structures”的研究文章。该研究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2)，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。
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。作为治疗靶点，GPR119-Gs复合体结合两种代表性激动剂的高分辨结构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。与经典的class A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。
图1. AR231453/MBX-2982-GPR119-Gs结构。a. AR231453-GPR119-Gs（左）和 MBX-2982-GPR119-Gs（右）冷冻电镜结构。b. GPR119非典型的结构骨架
AR231453/MBX-2982-GPR119-Gs的复合物结构清楚揭示了AR231453、MBX-2982与GPR119-Gs复合体的结合模式，研究人员将两个小分子配体的结合口袋分成三部分：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toggle switch开关的氨基酸 W2386.48。同时通过两个小分子变构体分子对接实验以及功能实验成功揭示了以往药理活性与结构的分子机制。为探究其内源性配体的识别和激活机制，研究人员对内源性脂类配体油酰乙胺醇 (N-oleoylethanolamine，OEA) 进行分子对接和信号转导实验，并发现OEA与小分子配体AR231453 及 MBX-2982 的结合方式类似，且其顺式双键与W2386.48堆积在一起，在受体激活中发挥关键作用。
图2. GPR119 的延展性结合口袋。
此外，基于AR231453/MBX-2982-GPR119-Gs复合物结构，GPR119与G蛋白相互作用面中GPR119的ICL1与G蛋白Gβ之间盐桥的破坏将导致下游cAMP积累量减少，进一步表明Gβ在GPR119的信号传导中具有重要作用。该研究通过对GPR119-Gs复合体结合不同小分子激动剂的高分辨率结构解析，揭示了GPR119不同激动剂的保守结合模式，并进一步研究了GPCR的激活和G蛋白偶联的分子机制。
该文章的第一作者为天津大学研究生钱玉霞、湖北大学十年树人博士生王洁宁和郑州大学杨琳琳教授。天津大学乔安娜副教授、叶升教授和湖北大学吴姗教授为本文的共同通讯作者。本研究得到湖北大学生科院、省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室马立新教授，湖北大学冷冻电镜平台杨红老师的大力支持。
据悉，湖北大学吴姗教授团队长期从事生物大分子的精细结构解析与相关分子机制研究，在Nature、Science、Nature Microbiology、Nature Structural & Molecular Biology、Nature Communications等国际知名期刊上发表多篇高水平文章。该研究得到科技部、国家自然科学基金委员会、中国博士后科学基金等的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-34696-6
