Nature:研究揭示激發態β2-腎上腺素受體的結構

2021-01-11 生物谷

該研究報告了與不同激動劑(即BI167107、hydroxybenzyl isoproterenol和內源性激動劑「腎上腺素」)形成複合物的、完全具有活性的人β2-腎上腺素受體(β2AR)的三個結構。

β2AR是一種「G-蛋白耦合受體」 (GPCR),後者是很多臨床藥物作為作用目標的普遍存在的膜蛋白。我們對它們與其內源性激動劑相結合的分子過程及其激發效應蛋白的分子過程仍很不了解。

儘管所研究的三種激動劑在化學性質上具有多樣性,但這三種激動劑都能穩定受體中高度相似的活性態。微妙的結構差別讓我們對一個GPCR是怎樣被多種激動劑激發的(這是對藥物開發極為重要的一個現象)有了認識。(生物谷Bioon.com)

生物谷推薦的英文摘要

Nature       doi:10.1038/nature12572

Adrenaline-activated structure of β2-adrenoceptor stabilized by an engineered nanobody

Aaron M. Ring,Aashish Manglik,Andrew C. Kruse,Michael D. Enos,William I. Weis,K. Christopher Garcia& Brian K. Kobilka

G-protein-coupled receptors (GPCRs) are integral membrane proteins that have an essential role in human physiology, yet the molecular processes through which they bind to their endogenous agonists and activate effector proteins remain poorly understood. So far, it has not been possible to capture an active-state GPCR bound to its native neurotransmitter. Crystal structures of agonist-bound GPCRs have relied on the use of either exceptionally high-affinity agonists1, 2 or receptor stabilization by mutagenesis3, 4, 5. Many natural agonists such as adrenaline, which activates the β2-adrenoceptor (β2AR), bind with relatively low affinity, and they are often chemically unstable. Using directed evolution, we engineered a high-affinity camelid antibody fragment that stabilizes the active state of the β2AR, and used this to obtain crystal structures of the activated receptor bound to multiple ligands. Here we present structures of the active-state human β2AR bound to three chemically distinct agonists: the ultrahigh-affinity agonist BI167107, the high-affinity catecholamine agonist hydroxybenzyl isoproterenol, and the low-affinity endogenous agonist adrenaline. The crystal structures reveal a highly conserved overall ligand recognition and activation mode despite diverse ligand chemical structures and affinities that range from 100nM to ~80pM. Overall, the adrenaline-bound receptor structure is similar to the others, but it has substantial rearrangements in extracellular loop three and the extracellular tip of transmembrane helix 6. These structures also reveal a water-mediated hydrogen bond between two conserved tyrosines, which appears to stabilize the active state of the β2AR and related GPCRs.

 

相關焦點

  • ...合作者揭示去甲腎上腺素對β腎上腺素受體的亞型選擇性的分子機理
    清華新聞網10月28日電 近期,清華大學藥學院、結構生物學高精尖創新中心劉翔宇課題組與醫學院布萊恩·科比爾卡(Brian Kobilka)課題組及合作者揭示去甲腎上腺素對β腎上腺素受體的亞型選擇性的分子機理。
  • 科學家解析β-arrestin與福莫特羅結合β1-腎上腺素受體的結構
    科學家解析β-arrestin與福莫特羅結合β1-腎上腺素受體的結構 作者:小柯機器人 發布時間:2020/6/18 22:12:29 英國MRC分子生物學實驗室Christopher G.
  • Nature:利用smFRET成像技術揭示腎上腺素激活的G蛋白偶聯受體變化
    相關研究結果於2017年6月7日在線發表在Nature期刊上,論文標題為「Single-molecule analysis of ligand efficacy in β2AR–G-protein activation」。論文通信作者為威爾康奈爾醫學院生理學與生物物理學教授Scott C.
  • 激活人體棕色脂肪開關的是β2腎上腺素能受體!
    北京時間8月5日,發表在《Cell Metabolism(細胞代謝)》上的一項新研究中,來自丹麥哥本哈根大學和加拿大舍布魯克大學領導的國際研究團隊發現了激活人體棕色脂肪的「正確手段」。該研究有望為2型糖尿病和肥胖症帶來新的治療方法。棕色脂肪被低溫或化學信號激活後,會燃燒能量並產生熱量——這一過程被稱為產熱。
  • 《科學》子刊揭示去甲腎上腺素在Aβ和Tau病理的未解之謎
    他們的研究顯示β-澱粉樣蛋白(Aβ)低聚物是α2A腎上腺素能受體(α2AAR)的異生配體,並調節去甲腎上腺素(NE)信號轉導,重定向GSK3β激活和隨後的tau超磷酸化。阻斷α2AAR可降低tau的磷酸化,改善AD小鼠模型中的病理和認知異常。
  • 醫學院布萊恩·科比爾卡研究組揭示G蛋白偶聯受體-G蛋白複合物形成...
    論文報導了 beta2 腎上腺素受體(β2AR)融合Gs蛋白羧基端肽段(GsCT)的晶體結構以及GDP結合狀態下Gs蛋白(GsGDP)的晶體結構,並基於結構首次提出了beta2 腎上腺素受體-Gs蛋白複合物在形成過程的初始階段可能的分子模型。
  • 多篇文章解讀近年來G蛋白偶聯受體領域研究進展
    nature25153近日,中國科學院上海藥物研究所在B型G蛋白偶聯受體(G protein-coupled receptor, GPCR)結構與功能研究方面取得又一項重要進展:首次測定了胰高血糖素受體(Glucagon receptor, GCGR)全長蛋白與多肽配體複合物的三維結構,揭示了該受體對細胞信號分子的特異性識別及其活化調控機制。
  • Nature:葉酸受體結構與功能的研究獲進展
    該項研究成功解決了葉酸受體極難表達、純化和結晶這一技術瓶頸,並成功解析了葉酸/葉酸受體FRα複合物晶體結構,系統闡述了葉酸與葉酸受體FRα的具體結合口袋及精確的相互作用位點。該項突破性的發現將為今後如何高效獲得靶向的抗癌藥物及其它相關藥物提供了精確模板和設計思路,具有重要的學術意義及應用價值。
  • 腎上腺素、去甲腎上腺素、異丙腎上腺素,一文搞懂!
    但雖屬同類,臨床應用卻大不相同,今天,我們就一起來扒一扒擬腎上腺素藥物的相關知識,學習不同「腎上腺素」的區別與用法。 01 化學結構不同 擬腎上腺素的基本化學結構是 β-苯乙胺(圖 1)。
  • 一文理清:腎上腺素、去甲腎上腺素、異丙腎上腺素的差別
    擬腎上腺素的基本化學結構是 β-苯乙胺(圖 1)。 與去甲腎上腺素、腎上腺素相比,異丙基腎上腺素是人工合成品,其化學結構是去甲腎上腺素氨基上的氫原子被異丙基所取代,是經典的 β1、β2 受體激動劑。
  • 神經降壓素受體1與β-arrestin1的複合物結構獲解析
    神經降壓素受體1與β-arrestin1的複合物結構獲解析 作者:小柯機器人 發布時間:2020/1/22 13:31:43 美國史丹福大學醫學院Brian K.
  • 史上最大力度 | 有了GPCR以後,G蛋白不再孤單,4篇Nature同時闡述其複合物結構,中科院藥物所強勢貢獻一篇
    protein complex」,該論文得到了μOR與熱激肽DAMGO和無核苷酸Gi結合的3.5Å解析度冷凍電子顯微鏡結構,揭示了跨膜受體螺旋6的位置以及G蛋白α亞基與受體核心之間的相互作用的差異,這些結果有助於μOR的Gi蛋白偶聯特異性的結構特徵;澳大利亞莫納什大學眾多研究組合作發表題為「Structure
  • Nature Immun.:白細胞介素1(IL-1)結合併激活其受體的結構機理揭示
    該文章報導了白細胞介素1 beta(interleukin 1beta,IL-1beta)與其受體IL-1RII和IL-1RAcP所組成的三元複合物的晶體結構,結合生化分析,該結構揭示了白細胞介素1beta結合併激活其受體的結構機理。該論文作者包括實驗員王冬立,張森燕,博士研究生劉曦,梅坤榮,以及碩士研究生李良。
  • 「副腎」是鹽酸腎上腺素還是去甲腎上腺素?一文理清三種「腎上腺素...
    擬腎上腺素的基本化學結構是 β-苯乙胺(圖 1)。當苯環碳原子的氫及末端氨基被不同基團取代時,可人工合成多種腎上腺素受體激動藥。這些基團會影響藥物對 α、β 受體的親和力及激動受體的能力。
  • 腎上腺素、去甲腎上腺素、異丙腎上腺素之間的區別
    一、腎上腺素受體的功能因為各種器官的α、β1、β2受體密度和比例不同,腎上腺素激動藥的效應也有所不同。二、作用強度的區別腎上腺素、去甲腎上腺素和異丙腎上腺素對α、β1、β2受體的親和力不同。1.對血壓的影響:去甲腎上腺素>腎上腺素(可舒張骨骼肌血管)。
  • Nature:葉酸受體的結構
    「正常」細胞表達數量相對較少的三個葉酸受體,它們在癌細胞中普遍過度表達;為此,它們是新的化療方法和癌症造影劑的潛在目標。在這篇文章中,作者解決了人葉酸受體在它介導葉酸向細胞中的吸收與葉酸結合在一起的形式的X射線晶體結構。作者測定了它的「配體結合袋」,並且提供了對於以該受體為目標的新型小分子的開發來說應當會有用的數據。
  • 中國科學家Nature發文,首次解析T細胞受體複合物結構
    該研究首次解析了人T細胞受體-共受體(TCR-CD3)複合物(包含全部8個亞基)的高解析度冷凍電鏡結構,通過對結構分析,揭示了TCR和CD3亞基在膜外側以及膜內識別、組裝成功能複合物的分子機制,從而回答了免疫領域關於T細胞受體結構的基礎科學問題,對解析T細胞活化的分子機制具有重要的科學意義,同時也為開發基於T細胞受體的免疫療法提供關鍵結構基礎。
  • Nature:揭示腎上腺素激活心臟電壓門控鈣通道機制,有助開發治療...
    如今,在一項新的研究中,來自美國哈佛醫學院和哥倫比亞大學的研究人員解決了長期以來一直存在的一個謎團,即腎上腺素如何調節一類關鍵的負責啟動心臟細胞收縮的膜蛋白---電壓門控鈣通道。相關研究結果於2020年1月22日在線發表在Nature期刊上,論文標題為「Mechanism of adrenergic CaV1.2 stimulation revealed by proximity proteomics」。論文通訊作者為哥倫比亞大學瓦格洛斯內外科學院醫學教授Steven Marx博士和哈佛醫學院系統藥理學實驗室蛋白質組學主任Marian Kalocsay博士。
  • 兩篇Nature揭示SARS-CoV-2結合ACE2受體的晶體結構
    3月30日,Nature雜誌在線發表了兩項最新研究,揭示了SARS-CoV-2識別和結合人ACE2的機制及形成的複合物的晶體結構,兩項研究分別為清華大學王新泉課題組和張林琦課題組合作發表的"Structure of the SARS-CoV-2 spike receptor-binding domain bound to the ACE2 receptor
  • 結構生物學揭示A類和B類G蛋白激活的差異
    結構生物學揭示A類和B類G蛋白激活的差異 作者:小柯機器人 發布時間:2020/7/31 15:36:36 美國史丹福大學醫學院Brian K.