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

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。

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。

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。

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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其他高分引用

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,