11月29日，精密測(cè)量院胡蘊(yùn)菲、李從剛課題組聯(lián)合北京大學(xué)金長文課題組在GPCR- -arrestin信號(hào)通路動(dòng)態(tài)研究中取得新進(jìn)展，首次在殘基水平上展示了PIP2獨(dú)立激活 -arrestin蛋白的特有機(jī)制，并檢測(cè)到了可能代表了激活中間態(tài)的低比例構(gòu)象。相關(guān)研究近日在國際期刊《自然通訊》（Nature Communications）上在線發(fā)表。

　　G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）是最大的細(xì)胞膜表面受體家族和最重要的藥物靶標(biāo)。 -arrestin蛋白是GPCR信號(hào)傳導(dǎo)途徑下游的支架蛋白和信號(hào)調(diào)節(jié)因子，它能被磷酸化的GPCR激活，參與GPCR的脫敏、內(nèi)吞、循環(huán)等生理過程，并能夠介導(dǎo)獨(dú)立于G蛋白的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路，對(duì)多種重要疾病的進(jìn)程有重要影響。在人體中僅存在兩種 -arrestin蛋白，它們不僅要接收來自800多種不同的GPCR所傳遞的信號(hào)，還能夠引發(fā)多樣的下游效應(yīng)。 -Arrestin蛋白功能上的多樣性是由于其結(jié)構(gòu)的高度動(dòng)態(tài)性。目前，盡管 -arrestin蛋白在非激活態(tài)和激活態(tài)結(jié)構(gòu)是已知的，但它們僅代表了起始終止時(shí)的穩(wěn)定構(gòu)象；而對(duì) -arrestin蛋白激活過程中的構(gòu)象動(dòng)態(tài)變化，尤其是對(duì)受體磷酸化尾巴和細(xì)胞膜磷脂組分引起 -arrestin的激活機(jī)制的異同，仍然缺乏足夠的理解。國際上對(duì)相關(guān)方面的研究尚處于起步階段。

-arrestin-1蛋白突變體庫的構(gòu)建和本論文研究的不同功能狀態(tài)

¹⁹F NMR方法檢測(cè) -arrestin-1蛋白動(dòng)態(tài)構(gòu)象變化

¹⁹F NMR方法揭示PIP₂激活 -arrestin-1蛋白的分子機(jī)制

　　液體核磁共振方法能夠在原子分辨率水平上研究蛋白質(zhì)相互作用和構(gòu)象變化，提供靜態(tài)結(jié)構(gòu)中缺失的信息，是研究GPCR- -arrestin信號(hào)通路動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)變化與激活機(jī)制不可缺少的核心手段。該項(xiàng)研究對(duì) -arrestin-1蛋白進(jìn)行了系統(tǒng)突變，構(gòu)建了一個(gè)覆蓋所有重要結(jié)構(gòu)區(qū)域的突變體庫（圖一），進(jìn)而引入新型¹⁹F同位素探針，檢測(cè) -arrestin-1在結(jié)合不同的受體磷酸化肽段和細(xì)胞膜上的4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）時(shí)的核磁圖譜變化（圖二），分析 -arrestin-1與不同組分結(jié)合時(shí)產(chǎn)生的構(gòu)象變化，揭示了兩種不同激活模式的分子機(jī)制。該項(xiàng)研究首次在殘基水平上展示了PIP₂ 獨(dú)立激活 -arrestin蛋白的特有機(jī)制（圖三），并檢測(cè)到了可能代表了激活中間態(tài)的低比例構(gòu)象。研究還揭示了PIP₂ 、受體磷酸化肽段以及磷脂雙分子層在調(diào)控 -arrestin-1構(gòu)象平衡中的相互關(guān)系，揭示了 -arrestin蛋白功能多樣性的分子機(jī)制，為進(jìn)一步針對(duì)該通路進(jìn)行基于動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的藥物研發(fā)提供了理論基礎(chǔ)。

　　該研究以“應(yīng)用¹⁹F核磁共振方法揭示 -抑制蛋白不同激活機(jī)制（Distinct activation mechanisms of -arrestin 1 revealed by ¹⁹F NMR spectroscopy）” 為題在《自然通訊》（Nature Communications）上發(fā)表。由北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生翟睿博（第一作者）在教授金長文和研究員胡蘊(yùn)菲（共同通訊作者）的共同指導(dǎo)下完成。分子動(dòng)力學(xué)模擬工作由北京大學(xué)化學(xué)學(xué)院博士生王卓琦完成。新型¹⁹F探針由精密測(cè)量院研究員李從剛和博士柴兆斐提供。¹⁹F CEST NMR實(shí)驗(yàn)由北京大學(xué)核磁共振中心博士牛曉剛完成。該研究得到了武漢-北京磁共振聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的大力支持。

    論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43694-1