Активация GPCR класса B1 внутриклеточным агонистом

Природа (2023)Цитировать эту статью

5299 Доступов

125 Альтметрика

Подробности о метриках

Рецепторы, связанные с G-белком (GPCR), обычно размещают специфические лиганды в ортостерических карманах связывания. Связывание лиганда запускает аллостерические конформационные изменения рецептора, которые приводят к активации внутриклеточных преобразователей, G-белков и β-аррестинов. Поскольку эти сигналы часто вызывают побочные эффекты, необходимо выяснить механизм избирательной активации каждого преобразователя. Таким образом, было разработано множество агонистов с ортостерическим действием, а агонисты с внутриклеточным действием в последнее время привлекли широкий интерес. Эти агонисты связываются внутри внутриклеточной полости рецептора и преимущественно настраивают специфический сигнальный путь по сравнению с другими сигнальными путями без аллостерической перестройки рецептора с внеклеточной стороны1,2,3. Однако в настоящее время доступны только структуры, связанные с антагонистами1,4,5,6, и нет никаких доказательств, подтверждающих, что смещенное связывание агониста происходит внутри внутриклеточной полости. Это ограничивает понимание внутриклеточного агонизма и потенциальной разработки лекарств. Здесь мы сообщаем о структуре криогенной электронной микроскопии комплекса Gs и рецептора паратироидного гормона человека типа 1 (PTH1R), связанного с агонистом PTH1R, PCO371. PCO371 связывается внутриклеточным карманом PTH1R и напрямую взаимодействует с Gs. Режим связывания PCO371 перестраивает внутриклеточную область в сторону активной конформации без внеклеточно индуцированного распространения аллостерического сигнала. PCO371 стабилизирует значительно изогнутую наружу конформацию трансмембранной спирали 6, что облегчает связывание с G-белками, а не с β-аррестинами. Кроме того, PCO371 связывается с высококонсервативным внутриклеточным карманом, активируя 7 из 15 GPCR класса B1. Наше исследование идентифицирует новый и консервативный внутриклеточный карман, связывающий агонист, и предоставляет доказательства смещенного механизма передачи сигналов, который нацелен на интерфейс рецептор-преобразователь.

GPCR составляют самое большое семейство белков человека и участвуют практически во всех физиологических процессах. Следовательно, на них нацелено более 30% продаваемых лекарств7. Агонисты связываются с внеклеточным ортостерически-связывающим карманом GPCR, что вызывает конформационные изменения и стабилизирует активную конформацию трансмембранного домена (TMD). Ортостерические карманы приобрели весьма разнообразные формы и последовательности, что позволяет отвечать на ряд внеклеточных стимулов8. В дополнение к ортостерическим агонистам были созданы многочисленные аллостерические модуляторы, а предыдущие структурные исследования выявили различные аллостерические карманы9. По сравнению с ортостерическими сайтами аллостерические сайты имеют большее разнообразие аминокислотных остатков; следовательно, аллостерические лиганды обеспечивают подтиповую специфичность рецепторов. Хотя предыдущие структурные исследования выявили точные и специфические способы распознавания ортостерических и аллостерических лигандов отдельными рецепторами, консервативные карманы связывания агонистов в различных подтипах рецепторов еще не обнаружены10.

Большинство агонистов активируют несколько сигнальных путей, и некоторые из этих сигналов иногда вызывают неблагоприятные фармакологические эффекты. Смещенные агонисты, которые преимущественно активируют определенный внутриклеточный преобразователь, могут максимизировать терапевтический эффект при одновременном снижении побочных эффектов10. Современные смещенные агонисты обычно связываются с внеклеточной половиной TMD, тогда как агонисты, которые связываются с внутриклеточной стороной, особенно на границе рецептор-преобразователь, могут быть предпочтительными для точной модуляции смещенного сигнального действия2. На данный момент описано шесть структур внутриклеточных лиганд-связанных GPCR1,4,5,6,11,12. Однако большинство из них представляют собой структуры, связанные с антагонистами, и нет структурных доказательств смещенного связывания агонистов с внутриклеточным карманом преобразователя1,4,5,6. Этот недостаток знаний ограничивает способность понять и точно настроить этот внутриклеточный агонизм.