人源生长抑素Ⅱ型受体（SSTR2）的结构生物学研究

发布时间：2020-07-07 19:42

【摘要】：生长抑素Ⅱ型受体(SSTR2)是一类G蛋白偶联受体(GPCR),其天然配体是生长抑素(SST)。SSTR2在体内分布广泛,在多种神经内分泌瘤中也具有高密度表达。在体内,SSTR2参与多种激素的分泌调节、抑制细胞增殖、促进细胞凋亡,是治疗肢端肥大症以及神经内分泌瘤的重要靶点。本课题的研究目标是利用分子生物学、生物化学、生物物理学以及计算生物学等学科的研究手段来解析SSTR2蛋白与多种配体复合物的高分辨率晶体结构,分析其配体结合口袋和构象变化,进而为靶向SSTR2蛋白的药物研发提供结构基础。本课题成功解决了SSTR2蛋白的低量表达以及纯化问题,纯化出了产量较高并且性质较好的SSTR2重组蛋白。此外,通过大规模筛选SSTR2高亲和力配体,我们筛选出了两个能够大幅提高蛋白热稳定性的配体,即多肽类拮抗剂CYN-154806和小分子激动剂L-054,522。之后经过大量的结晶实验,筛选结晶条件,培养出了SSTR2蛋白分别与CYN-154806以及L-054,522复合物的高质量蛋白晶体。最终,我们成功解析了SSTR2重组蛋白3862与CYN-154806复合物2.5?分辨率的晶体结构,以及重组蛋白3344、6097与L-054,522复合物的2.8?及2.7?分辨率的晶体结构。之后我们分析了两个配体的结合口袋以及不同结构间的构象变化,阐明了SST类似物中D-Trp~8-Lys~9组合影响配体对SSTR2蛋白的结合能力以及SSTR2蛋白激活的分子机制,发现并探究了N125~(3.35)在受体激活过程中的构象变化及其在激活过程中的作用。此外,我们也发现D89~(2.50)N突变使激动剂与受体的结合能力大幅下降进而影响受体的激活。这些发现帮助我们理解了配体与SSTR2相互作用以及SSTR2蛋白的激活机制,对于靶向SSTR2药物的研发也有积极作用。除了SSTR2蛋白的结构生物学研究外,本博士论文还包含了神经激肽I型受体(NK1R)蛋白结构生物学研究的部分工作。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院上海药物研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R91
【图文】：

示意图,信号通路,示意图

第 1 章引言1.1 G 蛋白偶联受体（GPCR）概述生物体内具有一系列复杂而精细的信号传导与调控机制，从而保证内环境稳态。G 蛋白偶联受体（Gprotein-coupledreceptors，GPCRs）的成员超过 800 个，是人体中最大的膜蛋白受体超家族，广泛参与体内各种生理活动调控(AttwoodandFindlay,1994a)。GPCR 具有典型的七次跨膜螺旋结构，能够感知多种胞外信号分子，如气味、离子、脂类物质、趋化因子、神经递质以及激素等(Venkatakrishnanetal.,2013)。与信号分子结合后，GPCR 通过自身构象变化招募G 蛋白（G protein）或阻遏蛋白（Arrestin）等进而调节下游信号通路(Venkatakrishnan et al., 2013)（图 1.1）。

分类图,分类图,家族,二酰甘油

第 1 章引言Gq/11、G12/13等几类。其中，Gs能够激活腺苷酸环化酶（简称 AC），提高腺苷酸 cAMP 浓度进而激活 cAMP 依赖的蛋白激酶 A（简称 PKA）；s相反，能够抑制 AC 活性进而降低胞内 cAMP 浓度；Gq/11能激活胞内（PLC）活性进而产生三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DAG）等两种。了与 G 蛋白结合之外，GPCR 还能够与阻遏蛋白 Arrestin 结合。Arrest化的 GPCR 结合后可以使 GPCR 脱敏进而终止 GPCR 的信号传导(Ran2017; Scheerer and Sommer, 2017)。

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3 GPCR 是重要的药物作用靶标GPCR 是胞外信号向胞内传递的重要中间体，参与调控许多生理及病理过GPCR 广泛的生物学功能使其成为重要的药物作用靶标，如趋化因子受体R4 和 CCR5 是治疗艾滋病的重要靶点(Tan et al., 2013; Wu et al., 2010)；嘌受体 P2Y1R 和 P2Y12R 是抗血栓药物的重要靶点(Zhang et al., 2015a; Zhan, 2014)；阿片类受体是镇痛类药物的靶点(Granier et al., 2012)；胰高血糖素受体 GLP1R 是治疗 II 型糖尿病的关键靶点等(Song et al., 2017)。2010 年美畅销药物前 10 名中有 6 种、前 200 名中有 60 种药物靶向 GPCR（www.ares.com/gpcrs.html）。据统计，上市药物中超过 30%是以 GPCR 为靶点的tos et al., 2017)（图 1.3）。针对 GPCR 的药物研究方法主要包括高通量筛选于结构的药物发现(Lu and Wu, 2016)。尽管如此，由于对 GPCR 结构与功了解还不充分，以 GPCR 为靶点的药物研发仍有广阔前景。

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