生命與健康科學(xué)學(xué)院杜洋教授團(tuán)隊(duì)在《Cell Research》首次揭示人體加壓素受體V2R激活機(jī)制
近日，香港中文大學(xué)（深圳）生命與健康科學(xué)學(xué)院、科比爾卡創(chuàng)新藥物開(kāi)發(fā)研究院杜洋教授研究組與美國(guó)匹茲堡大學(xué)張誠(chéng)教授研究組合作在《Cell Research》發(fā)表了短文文章Cryo-EM structure of the AVP-vasopressin receptor 2-Gs signaling complex，首次報(bào)道了AVP激活的V2R與下游Gs蛋白復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，分辨率為2.8 ?。
《Cell Research》是《Nature》旗下中國(guó)本土創(chuàng)辦的生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域旗艦期刊，也是影響因子最高（20.507）的國(guó)產(chǎn)科技期刊。香港中文大學(xué)（深圳）生命與健康科學(xué)學(xué)院為第一單位，生命與健康科學(xué)學(xué)院科比爾卡創(chuàng)新藥物開(kāi)發(fā)研究院訪(fǎng)問(wèn)學(xué)生王雷和徐俊為該論文的共同第一作者，杜洋教授和張誠(chéng)教授為共同通訊作者。
本研究的冷凍電鏡數(shù)據(jù)在香港中文大學(xué)（深圳）生命與健康科學(xué)學(xué)院科比爾卡冷凍電鏡中心收集。同時(shí)，得到了科比爾卡冷凍電鏡平臺(tái)柳正教授的支持與幫助。
加壓素（vasopressin，AVP）也稱(chēng)為精氨酸抗利尿激素，是一種在下丘腦中合成釋放到血液中以維持體液穩(wěn)態(tài)和血壓的環(huán)狀九肽。AVP被一類(lèi)包括V1aR，V1bR和V2R的G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）識(shí)別1。盡管它們具有高度的序列相似性，但是這些受體具有特定的組織分布和功能。V1aR主要存在血管平滑肌中介導(dǎo)血管收縮，V1bR主要存在垂體中以抵抗焦慮壓力，V1aR和V1bR均與G蛋白Gq/G11偶聯(lián)。有趣的是V2R主要存在于腎臟遠(yuǎn)端彎曲小管和集合管中通過(guò)與G蛋白Gs偶聯(lián)調(diào)控體液穩(wěn)態(tài)。V2R功能障礙可導(dǎo)致許多疾病，包括功能喪失型的腎源性尿崩癥（NDI）和功能獲得型的抗利尿激素不適當(dāng)綜合征（NSIAD）2。在V2R功能障礙的腎病患者中，已經(jīng)報(bào)道了超過(guò)200種不同的V2R基因突變， 但是涉及疾病的V2R基因突變的分子機(jī)制仍然不清楚。由于V2R基因位于X染色體，因此相關(guān)疾病也常伴隨性染色體隱性遺傳3。作為加壓素受體家族的代表成員，V2R是治療腎功能障礙的熱門(mén)藥物靶點(diǎn)。盡管眾多研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)在相關(guān)藥物開(kāi)發(fā)方面做出了巨大努力，但是成就仍然有限。目前已上市的去氨加壓素（desmopressin，DDAVP）作為肽類(lèi)V2R激動(dòng)劑藥物可以治療原發(fā)性夜間遺尿癥，托伐普坦（Tolvaptan）是小分子V2R拮抗劑藥物用于治療NSIAD和低鈉血癥，但是他們都具有較嚴(yán)重的副作用。對(duì)V2R進(jìn)行結(jié)構(gòu)藥理學(xué)研究并揭示其配體作用機(jī)制，對(duì)理解配體結(jié)合特性、受體激活機(jī)理以及設(shè)計(jì)更高效安全的靶向加壓素受體治療腎功能障礙藥物具有重要科學(xué)意義和臨床應(yīng)用價(jià)值。
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在復(fù)合物結(jié)構(gòu)中，V2R表現(xiàn)為經(jīng)典的七次跨膜螺旋結(jié)構(gòu)；AVP由二硫鍵形成獨(dú)特環(huán)狀九肽結(jié)構(gòu)，其環(huán)狀部分完全掩埋在V2R的帶正電荷的配體結(jié)合口袋中，而末尾線(xiàn)性部分延伸到受體胞外區(qū)域；Gs蛋白偶聯(lián)在受體胞內(nèi)區(qū)域。由于尚無(wú)V2R的非活性結(jié)構(gòu)，文章通過(guò)與同源性最高的催產(chǎn)素受體（Oxytocin receptor）4的非活性結(jié)構(gòu)進(jìn)行比對(duì)，推測(cè)了V2R的激活機(jī)制。AVP通過(guò)受體7TMs核心區(qū)域的構(gòu)象變化激活V2R，該核心區(qū)域由TM6中間的非保守殘基Y6.44和TM7中不尋常的芳香簇扭轉(zhuǎn)區(qū)域組成。與其他GPCR-G蛋白復(fù)合物類(lèi)似，Gαs的α5螺旋插入到V2R的細(xì)胞質(zhì)空腔中使得V2R的TM6向外運(yùn)動(dòng)。此外，結(jié)構(gòu)中V2R與Gs蛋白的偶合模式與其他已經(jīng)報(bào)道的Gs偶聯(lián)的A類(lèi)GPCR復(fù)合物結(jié)構(gòu)的偶合模式明顯不同，包括受體的TM5和TM6變構(gòu)幅度以及Gs的α5螺旋的插入方向，表明Gs與A類(lèi)GPCR偶聯(lián)存在多樣性。文章還通過(guò)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)闡釋了一些基因突變引起相關(guān)疾病的分子機(jī)制，包括引起NDI疾病的F287L，M123R/K和引起NSIAD疾病的R137L突變。綜上所述，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)高分辨結(jié)構(gòu)詳細(xì)分析了AVP的識(shí)別和V2R的激活機(jī)制，為針對(duì)V2R的藥物設(shè)計(jì)提供了重要結(jié)構(gòu)和理論基礎(chǔ)。
原文鏈接：
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參考文獻(xiàn)：
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個(gè)人簡(jiǎn)介
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杜洋教授現(xiàn)任香港中文大學(xué)（深圳）生命與健康科學(xué)學(xué)院助理教授、博士生導(dǎo)師，科比爾卡創(chuàng)新藥物開(kāi)發(fā)研究院責(zé)任研究員。2011年于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)取得博士學(xué)位，之后赴美國(guó)斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院分子與細(xì)胞生理學(xué)系，師從2012年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主布萊恩·科比爾卡（Brian Kobilka）教授，從事G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）相關(guān)的博士后訓(xùn)練和研究科學(xué)家聘用工作。期間獲授美國(guó)心臟協(xié)會(huì)（American Heart Association）全額博士后獎(jiǎng)學(xué)金和斯坦福心血管研究所資助等。杜教授的主要研究方向是以β2腎上腺素受體（beta-2 adrenergic receptor）等重要藥物靶點(diǎn)的G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）為對(duì)象，研究其與下游信號(hào)分子復(fù)合物的結(jié)構(gòu)、功能和分子藥理特性。
杜教授迄今已發(fā)表約50篇高質(zhì)量SCI論文（13篇第一或通訊作者論文，含共同），包括在《Cell》《Nature》《Nature Comm.》《Cell Research》《JACS》等國(guó)際頂級(jí)期刊等報(bào)道的一系列突出的科研成果，并受邀為《Science》《Nature Comm.》等多種國(guó)際頂尖科學(xué)雜志審稿。杜教授于2021年起受聘為教育部特聘專(zhuān)家，已入選國(guó)家級(jí)、廣東省和深圳市等各級(jí)高層次人才項(xiàng)目。
