清华大学结构生物学成果再发《Nature》文章

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在这项工作中，Brian Kobilka研究组利用一个beta2肾上腺素受体和T4溶菌酶的融合蛋白（β2AR-T4L）进行晶体学研究。研究初期利用T4溶菌酶的融合蛋白与Cmpd-15共结晶，获得了2.5埃的晶体数据。但是由于胞内别构拮抗剂Cmpd-15溶解性很差，在结晶条件中最高只能加到200uM。在晶体数据里虽然看到胞内部分有很弱的电子密度，但是无法准确判断其结合方式。后来合作研究组对Cmpd-15进行了修饰，在其上加入一个羧酸聚乙二醇基团以提高其溶解度。改造后的小分子即为Cmpd-15PA。 布莱恩·克比尔卡研究组又获得了T4溶菌酶的融合蛋白与Cmpd-15PA复合物2.7埃的晶体结构。其晶体数据清楚地揭示了Cmpd-15的结合方式，羧酸聚乙二醇基团在晶体中处于柔性不可见的状态。

Cmpd-15结合在跨膜螺旋1、2、6、7的胞内端与胞内环1以及螺旋8形成的底物口袋。结构分析、分子动态模拟以及生化实验结果表明，Cmpd-15通过两种方式形成功能：一是通过稳定跨膜螺旋6，将beta2肾上腺素受体稳定在非激活状态，从而影响正构底物的亲和力；二是直接与下游信号蛋白如G蛋白或者抑制蛋白 （arrestin）竞争，干扰下游信号传导。

值得注意的是，2016年12月《自然》期刊曾经报道了两个趋化因子受体CCR2和CCR9与各自胞内别构调节物的复合物结构（Zheng, Y. et al. 2016； Oswald, C. et al. 2016）。尽管小分子的化学结构很不一样，和小分子相互作用的氨基酸序列也不保守，但是本工作中肾上腺素能受体β2抗体 （β2AR）上的第十五化合物结合区域和趋化因子受体上的别构调节物结合区域在结构上很接近，都是由跨膜螺旋1、2、6、7的胞内部分组成，这表明该位置可能在不同类型的G蛋白偶联受体里面都可以作为别构调节物结合口袋。因而，本工作对针对其他G蛋白偶联受体的别构药物研发工作具有指导意义。

本论文是布莱恩·克比尔卡教授与杜克大学罗伯特·莱夫科维茨教授、常州大学陈新教授以及斯坦福大学罗恩·德洛尔（Ron Dror）教授共同合作的成果。其中，布莱恩·克比尔卡教授实验室负责结构生物学工作，罗伯特·莱夫科维茨教授实验室负责生化实验工作，陈新教授实验室负责化学合成工作，罗恩·德洛尔教授实验室负责分子动态模拟工作。布莱恩·克比尔卡教授与罗伯特·莱夫科维茨教授为本文共同通讯作者。医学院助理研究员刘翔宇博士与杜克大学佐恩科尔·安（Seungkirl Ahn）博士为本文的共同第一作者。本课题得到北京市结构生物学高精尖创新中心的资助。衍射数据收集得到日本Spring-8同步辐射光源的支持和协助。

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