白癜风的起因 http://baidianfeng.39.net/a_zhiliao/200616/7972360.html
GPCR的共同激活机制

导言

使用定量的残基接触打分对多个A家族GPCR结构进行构象变化分析，得到了A家族GPCR的共同激活通路，该通路由35个残基构成的34组残基对组成，有机连接和整合了人们熟知的、序列保守但空间疏离的特征基序如CWxP、PIF、DRY、钠离子结合口袋和NPxxY，在残基水平上回答了A家族GPCR如何被激活，TM6为什么会翘起，各基序如何协同作用实现GPCR的跨膜信号转导。A家族GPCR的共同激活通路可以用于指导高效地设计组成性激活突变体和失活突变体，并可以用来解释GPCR的疾病相关突变。

2.1A家族GPCR的共同激活机制

2.2激活机制指导的组成性突变设计

2.3激活机制与致病突变

目录

GPCR是人体内 的一类细胞信号转导受体。GPCR可分为几个家族，其中A家族是 的一个，包括许多小分子受体、多肽和蛋白质受体，以及响应光线的视蛋白和响应气味的嗅觉受体。A家族GPCR具有一些共同的保守位点。GPCR结构解析使我们了解到，这些保守位点在A家族GPCR的激活中具有重要的作用。2.1A家族GPCR的共同激活机制周庆同等人发展了一个基于定量残基接触打分(residueresiduecontactscore,RRCS)的计算框架在残基层面描述蛋白的构象和构象变化。对于任意一个结构而言，它可以定量地描述一个结构中任意残基对之间的接触强度；对于某个蛋白的一对结构而言，它可以不依赖结构比对地对该蛋白的构象变化在残基水平上进行系统而定量地刻划；对于某个家族的多个蛋白结构而言，它可以方便地找出该家族构象变化的共性，从而可能揭示该家族共同的工作机制。周庆同等人将残基接触打分方法应用于分析A家族GPCR，揭示了这一重要药物靶点家族的共同激活机制[1]。计算分析框架分为两步。 步，对A家族GPCR同时具有激活态和非激活态结构的6个受体(bRho,β2AR,M2R,μOR,A2AR和κOR)的激活构象与非激活构象进行比较分析，发现了38组残基对具有保守的构象变化。第二步，对于上一步中找到的具有保守构象变化的38组残基对，逐一检查它们在所有已知的A家族GPCR的多个激活态和非激活态结构中的残基接触打分是否具有显著性差异。基于这两步计算分析，构建了A家族GPCR的共同激活通路，该通路由35个残基构成的34组残基对组成，有机连接和整合了人们熟知的、序列保守但空间疏离的特征基序如CWxP[2]、PIF[3]、DRY[4]、钠离子结合口袋等[5]和NPxxY[6]等，在残基水平上回答了A家族GPCR如何被激活，TM6为什么会翘起，各基序如何协同作用实现GPCR的跨膜信号转导(图1)。需要指出的是，这一通路是A家族不同受体在不同激动剂或不同下游效应蛋白时的共同部分，每个受体仍然可能具有受体/配体/效应蛋白独特的激活通路。图1.A家族GPCR的共同激活机制[1]。(a)残基水平的共同激活通路，由在激活时具有保守构象变化的34组残基对构成；(b)激活态和非激活态的GPCR结构在TM3-TM7和TM3-TM6螺旋间残基接触打分构成的二维空间上分别聚集在两个狭窄的区域；(c)激活时跨膜螺旋的构象变化。依据这35个残基的空间位置和功能，将GPCR的共同激活通路由胞外到胞内方向上共划分为四层(图1a)，分别为(一)信号启动层；(二)疏水锁层；(三)微型开关传递层和(四)胞内效应蛋白结合层。激动剂的结合诱发配体结合口袋发生构象变化，最终引起位于胞内口袋底部的特征基序CWxP、PIF发生结构重排，使得钠离子结合口袋坍塌，最终实现信号启动。第二层残基在接收到 层的启动信号后，几个疏水残基构成的疏水锁(6×41—3×43和6×40—3×43)被打开，分别通过TM6和TM7传递激活信号。第三层由两个微型开关残基(6×37和7×53)控制，在接受到第二层的信号后发生剧烈的构象变化，形成或破坏了一系列的残基接触使得信号得以放大。第四层则将上述构象变化通过结合胞内效应蛋白传递到胞内，最终通过第二信使cAMP、IP3和Ca2+等实现信号转导。综上，四层残基互相配合，通过螺旋间或螺旋内的残基开关或重排实现GPCR的跨膜信号转导。为表征跨膜螺旋的整体构象变化，选择TM3和TM6间的所有4组残基对来计算两个螺旋间的接触分，即RRCSTM3-TM6，类似地的还有RRCSTM3-TM7和RRCSTM5-TM6。在将个非激活态结构和27个激活态结构投影到由RRCSTM3-TM6和RRCSTM3-TM7组成的二维空间时，发现GPCR的激活态和非激活态具有迥然不同的结构特征(图1b)。激活态的RRCSTM3-TM6为零，而RRCSTM3-TM7通常大于5；非激活态的RRCSTM3-TM7通常接近或等于零，而RRCSTM3-TM6则分布广泛但通常大于零。这充分说明GPCR激活时具有共同的整体构象变化，即激动剂的结合触发TM6胞内段往外运动从而远离TM3，这使得TM7可以往内运动从而靠近TM3，最终在受体的胞内侧形成空隙以结合G蛋白等下游效应蛋白。值得注意的是，此前研究者在使用肉眼观察受体结构从而判断激活状态时，常过分

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