GPCR异源寡聚体跨膜结构域在激活过程中的构象变化研究
发布时间：2020-12-06 03:01
G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptor,GPCR）在细胞通讯中扮演重要角色。这类受体在结构上的共同点是都有一个七次跨膜螺旋结构域（seven transmembrane domain,7TM）负责激活G蛋白。尽管单体形式的受体足以激活下游G蛋白,然而研究表明GPCR存在二聚化甚至寡聚化的复合物形式。GPCR寡聚体的形成以及寡聚体内部单体之间的别构效应为下游信号整合提供了重要的调控方式。然而关于受体寡聚体组成的结构基础以及别构效应的分子机制尚未明晰。本文选取γ-氨基丁酸B型受体（γ-aminobutyric acid receptor type B,GABABR）为研究对象。首先,GABABR是由两个同源亚基GABAB1（GB1）和GABAB2（GB2）组成的异源二聚体,是C族GPCR中第一个被发现的功能型异源二聚体,并且在内源组织中相邻GABABR异源二聚体可以通过GB1亚基形成稳定存在的异源寡聚体。其次,GABABR异源二聚体内部两个亚基之间,以及寡聚体内部两个异源二...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
GPCR示意图
华中科技大学博士学位论文6图1-2：GPCR信号通路与配体[14]。（a）受体与激动剂结合后GPCR活性概述。上图，经典G蛋白通路。G蛋白α亚基GDP与GTP的交换引起G蛋白三聚体解离并与下游效应分子结合。如Gαs激活腺苷酸环化酶（adenylylcyclase），Gβγ激活离子通道。下图，arrestins（Arr）介导的GPCR信号通路。G蛋白偶联受体激酶（GRK）对于受体羧基末端的磷酸化会促进arrestins蛋白的招募和激活，包括通过与clathrin接头蛋白2（adaptorpeotein2，AP2）的相互作用介导内化，以及激活细胞外信号调节激酶（extracellularsignal-regulatedkinase，ERK）。（b）配体功效。（c）偏向性配体更倾向于激活某一条信号通路。Figure1-2:SchematicrepresentationoftheGPCRsingnalingpathwayandligands[14].(a)OutlineofGPCRactivityuponbindingofanagonisttoareceptor(R).Top,theclassicalGproteinpathway.ExchangeofGDPforGTPintheGproteinαsubunitleadstodissociationandinteractionwithdownstreameffectorssuchasGαsstimulationofadenylylcyclaseandGβγactivationofionchannels.Bottom,activatedGPCRscanalsosignalthrougharrestins.PhosphorylationofthereceptorC-terminaltailbyaGprotein–coupledreceptorkinase(GRK)promotesarrestin(Arr)recruitmentandactivation,includingendocytosisthroughinteractionswiththeclathrinadaptorprotein2(AP2)complexandactivationofextracellularsignal-regulatedkinase(ERK).(b)Efficacyofligands.(c)Biasedagonistsstimulateonepathwaypreferentiallyoveranother.
华中科技大学博士学位论文10图1-3：GPCR功能性相互作用的两种方式[67]。（a）受体A产生的信号可以通过与受体B之间形成的下游信号的交叉串话影响B受体的信号。（b）功能性的交叉串话也可能最终来源于受体直接的相互作用产生的变构调控。Figure1-3:TwopossiblewaysforfunctionalinteractionbetweenGPCRs[67].(a)SignalgeneratedbyGPCRAcaninfluencethesignalingofasecondGPCRthroughcrosstalkbetweentheirsignalingpathways.(b)Functionalcrosstalkmayalsoeventuallyoccurthroughanallostericinteractionbetweenreceptorsthroughdirectcontactbetweentheproteins.1.3.1C族受体是其他GPCR的模型C族受体在进化的早期就与其他GPCR不同[68]，在结构，化学计量学以及激活机制方面与其他GPCR存在差异[66]。C族受体的胞外区由结合激动剂的VFT组成，通过半胱氨酸富集区（cysteine-richdomain，CRD）与7TM相连，其中GABABR除外，GABABR不存在半胱氨酸富集区，VFT区通过一段连接子（linker）直接与7TM相连。C族受体是自发性二聚体，亚基通过VFT区氨基端裂片（lobe）之间的疏水界面（mGluRs）或者极性界面（GABABR）相连。激动剂与VFT区两个裂片之间的裂口处结合，从而稳定VFT区两个裂片的关闭构象。mGluRs二聚体VFT区的关闭构象使得受体的两个VFT区不仅通过氨基端裂片I相连，也可以通过靠近细胞膜的裂片II相连，因为晶体结构显示激动剂的结合使得一个VFT区相对于另一个VFT区转动了70°[27,28,35,46,69]。受体在激活过程中VFT区较大的构象变化以及相对运动极有可能影响两个七次跨膜区的相对位置[70,71]，由此产生细胞内信号（图1-4）。最近发表的mGluR5静息态以及结合激动剂和正向变构剂的激活态的全长晶体结构很好的印证了这一观点[46]。
本文编号：2900593
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：127 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
GPCR示意图
华中科技大学博士学位论文6图1-2：GPCR信号通路与配体[14]。（a）受体与激动剂结合后GPCR活性概述。上图，经典G蛋白通路。G蛋白α亚基GDP与GTP的交换引起G蛋白三聚体解离并与下游效应分子结合。如Gαs激活腺苷酸环化酶（adenylylcyclase），Gβγ激活离子通道。下图，arrestins（Arr）介导的GPCR信号通路。G蛋白偶联受体激酶（GRK）对于受体羧基末端的磷酸化会促进arrestins蛋白的招募和激活，包括通过与clathrin接头蛋白2（adaptorpeotein2，AP2）的相互作用介导内化，以及激活细胞外信号调节激酶（extracellularsignal-regulatedkinase，ERK）。（b）配体功效。（c）偏向性配体更倾向于激活某一条信号通路。Figure1-2:SchematicrepresentationoftheGPCRsingnalingpathwayandligands[14].(a)OutlineofGPCRactivityuponbindingofanagonisttoareceptor(R).Top,theclassicalGproteinpathway.ExchangeofGDPforGTPintheGproteinαsubunitleadstodissociationandinteractionwithdownstreameffectorssuchasGαsstimulationofadenylylcyclaseandGβγactivationofionchannels.Bottom,activatedGPCRscanalsosignalthrougharrestins.PhosphorylationofthereceptorC-terminaltailbyaGprotein–coupledreceptorkinase(GRK)promotesarrestin(Arr)recruitmentandactivation,includingendocytosisthroughinteractionswiththeclathrinadaptorprotein2(AP2)complexandactivationofextracellularsignal-regulatedkinase(ERK).(b)Efficacyofligands.(c)Biasedagonistsstimulateonepathwaypreferentiallyoveranother.
华中科技大学博士学位论文10图1-3：GPCR功能性相互作用的两种方式[67]。（a）受体A产生的信号可以通过与受体B之间形成的下游信号的交叉串话影响B受体的信号。（b）功能性的交叉串话也可能最终来源于受体直接的相互作用产生的变构调控。Figure1-3:TwopossiblewaysforfunctionalinteractionbetweenGPCRs[67].(a)SignalgeneratedbyGPCRAcaninfluencethesignalingofasecondGPCRthroughcrosstalkbetweentheirsignalingpathways.(b)Functionalcrosstalkmayalsoeventuallyoccurthroughanallostericinteractionbetweenreceptorsthroughdirectcontactbetweentheproteins.1.3.1C族受体是其他GPCR的模型C族受体在进化的早期就与其他GPCR不同[68]，在结构，化学计量学以及激活机制方面与其他GPCR存在差异[66]。C族受体的胞外区由结合激动剂的VFT组成，通过半胱氨酸富集区（cysteine-richdomain，CRD）与7TM相连，其中GABABR除外，GABABR不存在半胱氨酸富集区，VFT区通过一段连接子（linker）直接与7TM相连。C族受体是自发性二聚体，亚基通过VFT区氨基端裂片（lobe）之间的疏水界面（mGluRs）或者极性界面（GABABR）相连。激动剂与VFT区两个裂片之间的裂口处结合，从而稳定VFT区两个裂片的关闭构象。mGluRs二聚体VFT区的关闭构象使得受体的两个VFT区不仅通过氨基端裂片I相连，也可以通过靠近细胞膜的裂片II相连，因为晶体结构显示激动剂的结合使得一个VFT区相对于另一个VFT区转动了70°[27,28,35,46,69]。受体在激活过程中VFT区较大的构象变化以及相对运动极有可能影响两个七次跨膜区的相对位置[70,71]，由此产生细胞内信号（图1-4）。最近发表的mGluR5静息态以及结合激动剂和正向变构剂的激活态的全长晶体结构很好的印证了这一观点[46]。
本文编号：2900593
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