自然结构分子生物学:该研究揭示了孤儿受体GPR119识别配体的分子机制

中国科学院上海药物研究所研究员徐华强、谢欣和临港实验室研究员蒋易在《自然结构分子生物学》杂志上发表了最新研究成果(孤儿受体GPR 119激活配体溶血生物药的结构鉴定)。发现GPR119可以在没有任何外源配体的情况下，与细胞膜中的溶血磷脂酰胆碱(LPC)结合并被其激活，这解释了所谓的某些受体的自激活，实际上是由未知的内源性配体引起的。分析了GPR119与临床小分子候选药物APD668复合物的冷冻电镜结构，阐明了受体偶联下游Gs信号蛋白的分子机制。

为了探索GPR119的结构，从昆虫细胞中表达并纯化了人GPR119受体和Gs蛋白三聚体的复合物，并在不添加小分子配体的情况下分析了GPR119和Gs蛋白的复合物的结构，分辨率为3.1埃。结构观察表明，该受体的配体结合口袋中存在狭窄的小分子配体密度。为了鉴定小分子的种类，通过质谱分析化合物样品。结果表明，该小分子属于溶血磷脂酰胆碱(LPC ),具有单链疏水尾。此外，在细胞水平上证实了不同种类的溶血磷脂对GPR119的激活。结果表明，不同种类的溶血磷脂对GPR119有不同的激活作用。

GPR119的配体结合口袋可分为两部分：疏水口袋和亲水性口袋。其中疏水口袋贯穿受体的胞外域和中心位置，主要与LPC的疏水尾结合；亲水口袋延伸至细胞外区域，主要与LPC的亲水头结合。GPR119的口袋狭长，在受体中央形成一个开口，使配体结合口袋与细胞膜相通。这个开口的形成与GPR119跨膜螺旋5(TM5)的独特结构有关。在GPR119的TM5中间位置(5x50)，GPR119的氨基酸序列与其他A类GPCR相比错开一个位置，从而形成独特的开放结构。这种开放结构不仅为长单链磷脂提供了结合空间，也提供了另一个潜在的配体入口。借助分子对接，认为变构调节剂的结合位点可能形成于该开口附近，并讨论了具有食欲控制作用的多糖天然产物戈登苷F与该变构位点的潜在结合方式。

为了探索高亲和力配体、临床候选小分子药物和GPR119的结合机制，研究人员以2.8埃的分辨率分析了代表性激动剂APD668和GPR119的复合物的结构。结果表明，APD668的刚性结构骨架主要占据GPR119的疏水口袋，并与口袋中的氨基酸形成较强的相互作用，为配体提供高亲和力。此外，研究表明，GPR119的拨动开关残基W2386.48显示出与其他受体不同的偏转模式，在这个残基附近发现了一个水分子，与周围的残基形成氢键，稳定了受体的活化构象。

本研究首次报道了孤儿受体GPR119优先结合LPC的分子机制，提出了一些具有自激活活性或结合未知配体的受体导致的观点。首次解释了GPR119、内源性配体LPC和临床候选小分子药物APD668的结构，揭示了GPR119被小分子激活的结构基础。发现了GPR119独特的结构特征和潜在变构调节剂的结合位点，为开发以GPR119为靶点的代谢性疾病药物奠定了重要的结构基础。