Nature:我国学者首次揭示糖蛋白激素作用机制

论文分享 | 首次揭示糖蛋白即全长黄体生成素/绒毛膜促性腺激素受体(LHCGR)作用机制

论文分享 | 首次揭示糖蛋白即全长黄体生成素/绒毛膜促性腺激素受体(LHCGR)作用机制82271638832604389

研究背景 

       糖蛋白激素  (GPH)  是一类结构相似的激素家族,主要包括四类:促卵泡激素  (FSH)  、促黄体素  (LH)  、促甲状腺激素  (TSH)  、绒毛膜促性腺激素  (CG)  。GPH可特定调节腺体、组织、器官与相应G蛋白偶联受体  (GPCR)  结合,激活二级信使途径,对生长发育起重要的调节作用  【1】  。GPCR是细胞整合膜蛋白,在细胞信号传递中发挥着重要作用。人类重大疾病的发生往往与GPCR功能紊乱有关。约2/3的药物开发以GPCR作为药物靶点。 但是其原子级的精细结构尚不清楚,表达和组装一个有活性的LHCGR Gs复合物较为困难,阻碍了LHCGR结构,对激素的选择以及其作用机制的研究。大大降低了结构依赖型药物设计的针对性  【2】  。

       2021年9月22日,中国科学院上海药物研究所研究员徐华强/蒋轶团队,联合浙江大学研究员张岩团队在国际权威学术期刊 Nature 上发表了题为:  Structures of full-length glycoprotein hormone receptor signalling complexes  的研究论文, 该研究解析了LHCGR处于失活状态和多种激活状态下的四个结构及LHCGR与CG的相互作用模式并提出“Push and Pull”模型。  为靶向糖蛋白激素受体的小分子药物开发提供了结构基础。   研究思路 本文采用同源重组的方法对LHCGR进行标记,构建含有突变位点的CG-LHCGR(S277I)-Gs 复合物,随后表达纯化具有活性的LHCGR-Gs复合物。对得到的复合物进行冷冻电镜观察,对观察到的结构进行模型构建,利用分子动力学模拟构建的模型及进行数据验证,最终解析了LHCGR近原子级的结构并提出“Push and Pull”模型。

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图1. 研究思路示意图

研究成果

       1. 解析了LHCGR处于激活状态下的3种结构   采用单颗粒冷冻电镜技术,首次解析了全长LHCGR处于激活状态下的3个结构分别为:1.结合内源性激素CG的LHCGR  (野生型)  受体结构,分辨率为4.3 Å;2.结合内源性激素CG的LHCGR  (含持续性激活突变S277I)  受体结构,分辨率为3.8 Å;3.结合内源性激素CG和小分子化合物Org43553的LHCGR  (含持续性激活突变S277I)  受体结构,分辨率为3.2 Å。如图2。

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图2. CG–LHCGR–Gs复合物的Cryo-EM结构 

       2. 提出了激素配体激活受体的“Push and Pull”模型   解析了失活状态下全长LHCGR的电镜结构,分辨率为3.8 Å。通过对比激活的LHCGR结构,研究发现受体的ECD发生了约45度的偏转。通过进一步结构分析和功能试验验证,研究提出了LHCGR受体“Push and Pull”的受体激活模型。如图3。 

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图3. LHCGR在活性/失活状态下的结构及受体激活模型 

       综上,本研究首次解析了LHCGR处于失活状态和多种激活状态下的四个结构。揭示出绒毛膜促性腺激素 (CG)识别LHCGR的分子机制及小分子化合物Org43553与受体LHCGR相互作用模式,鉴定了糖蛋白激素选择性结合LHCGR和促卵泡激素受体的关键氨基酸残基,提出了激素配体激活受体的“Push and Pull”模型。该研究为治疗内分泌疾病的药物设计提供了指导。  

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参考文献:   [1] 常亮, 李晨辉, 马志珺,等. 糖蛋白激素研究进展[J]. 生物技术进展, 2015, 000(001):22-28. [2] 周国超,李丽琴,石童,鹿晓晶,张瑞华. G蛋白偶联受体高效表达体系研究进展[A]. 中国毒理学会、湖北省科学技术协会.中国毒理学会第七次全国毒理学大会暨第八届湖北科技论坛论文集[C].中国毒理学会、湖北省科学技术协会:中国毒理学会,

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