国科大研究生导师蒋轶、徐华强团队揭示激肽选择性识别和缓激肽受体激活的分子机制

  • 文图/上海药物所 (中国科学院上海药物研究所)
  • 创建于 2021-09-13
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  9月9日,中国科学院大学研究生导师、中国科学院上海药物研究所蒋轶/徐华强团队联合王明伟团队,在Nature Structural & Molecular Biology上发表了题为“Molecular basis for kinin selectivity and activation of the human bradykinin receptors”的研究成果,首次报道了两类激肽即Des-Arg10-kallidin和缓激肽(Bradykinin)分别结合缓激肽受体B1R和B2R两种亚型复合体的近原子分辨率结构,揭示了激肽选择性识别及其受体激活的分子机制。

  激肽及其受体是激肽释放酶-激肽系统(Kallikrein-kinin system,KKS)的重要组成部分。缓激肽受体属于A类G蛋白偶联受体家族成员,包括B1R与B2R两个亚型。在激肽的调控下,B1R和B2R参与调控机体的血压、炎症反应及疼痛传导等生理功能,对遗传性血管水肿、糖尿病肾病和阿尔兹海默症的治疗药物研发具有重要价值。

  尽管KKS系统中各个活性激肽的氨基酸序列相似,但不同激肽对B1R和B2R具有明显的选择性(图1a)。例如,Bradykinin对B2R的选择性比B1R强超过1万倍,而Des-Arg10-kallidin对B1R的选择性是B2R的超过10万倍。由于激肽与缓激肽受体复合物三维结构的缺失,人们对相关配体的选择性识别模式和受体激活机制的认识有限,严重制约了靶向缓激肽受体药物的创制。

  本研究中,科研人员利用冷冻电镜的手段,解析了B1R和B2R分别结合Des-Arg10-kallidin和缓激肽以及下游Gq蛋白复合物的立体结构,分辨率达到3.0和2.9埃(图1b和1c)。结合结构分析和功能实验结果,研究团队揭示了激肽选择性识别缓激肽受体亚型的分子机理(图1d-f)。研究发现,Des-Arg10-kallidin对B1R高选择性的关键在其羧基末端苯丙氨酸(F9)的游离羧基与受体残基K1183.33和R2025.38间形成的静电作用(图1d)。就缓激肽而言,B2R多肽结合口袋中的T2245.38、F2866.51和D2936.58形成了比B1R更大的空间以容纳缓激肽羧基末端的精氨酸(R10)(图1e)。此外,团队还对缓激肽受体的激活和与Gq蛋白偶联的分子机理进行了探索。这项成果不仅为深入理解缓激肽受体的配体识别和激活机制提供了精准的结构模型,也为靶向缓激肽受体的药物设计指明了新的方向。

  本研究中的冷冻电镜数据在上海药物所冷冻电镜平台和水木未来(北京)冷冻电镜平台收集。中国科学院大学博士研究生(培养单位:上海药物所)殷裕玲和复旦大学2019级博士研究生叶晨钰为该论文的共同第一作者。国科大硕士生导师蒋轶研究员、博士生导师徐华强研究员、博士生导师王明伟研究员、尹万超副研究员为共同通讯作者。上海药物所为本研究的第一完成单位。该工作获得了包括国家自然科学基金委、国家卫健委重大科技专项、国家重点基础研究计划和上海市重大科技专项等经费的资助。

  原文链接:https://www.nature.com/articles/s41594-021-00645-y

 
图1. 缓激肽受体B1R和B2R与选择性激肽复合物的冷冻电镜结构。 a, 激肽选择性识别缓激肽受体的模式图;b, Des-Arg10-kallidin–B1R–Gq复合物的结构;c, Bradykinin–B2R–Gq复合物的结构;d, Des-Arg10-kallidin–B1R–Gq对B1R选择性的结构基础;e, Bradykinin对B2R选择性的结构基础;f, 激肽选择性识别缓激肽受体的机制模型。
责任编辑:高塬