上海藥物所等揭示琥珀酸受體配體識別和激活的結構基礎

6月4日，中國科學院上海藥物研究所徐華強團隊聯合復旦大學付偉團隊，在《細胞研究》（Cell Research）上發表了題為Molecular basis of ligand recognition and activation of the human succinate receptor SUCR1的最新研究成果。該工作報道了人源SUCR1獨特的配體結合特征和激活機制，為開發新型靶向SUCR1的化合物奠定了基礎。

既往研究發現，琥珀酸是三羧酸循環重要的中間產物，在調控線粒體氧化應激的穩態中發揮重要作用，而這一功能主要通過G蛋白偶聯受體家族中的重要成員SUCR1介導。SUCR1亦被稱為GPR91。有研究證實琥珀酸是SUCR1的內源性配體。后續研究發現，該受體的激活與肝纖維化、高血壓和類風濕性關節炎等相關。因此，研究SUCR1的配體識別機制和激活機制，對于探討SUCR1的生理功能并開發靶向SUCR1的藥物具有積極意義。

該研究利用單顆粒冷凍電鏡技術，分別解析SUCR1被琥珀酸、馬來酸和compound 31激活，并偶聯下游G蛋白復合物的結構，分辨率分別為2.75埃、2.69埃和2.48埃。結構分析發現，在琥珀酸和SUCR1的復合物結構中，琥珀酸兩端親水性的羧基與Y30^1.39、Y83^2.64形成氫鍵，與R99^3.29、R281^7.39形成離子鍵，而中間烷基的部分和周圍氨基酸形成疏水相互作用。研究顯示，將結合口袋中關鍵的殘基如Y30^1.39、L79^2.60、Y83^2.64、R99^3.29、R281^7.39、L102^3.32等突變成丙氨酸均降低了配體的活性，證實了它們在琥珀酸結合和受體活化中的重要作用。馬來酸和琥珀酸結構相似，在SUCR1的結合口袋也相似。compound 31是人工合成的高效SUCR1激動劑。在compound 31和SUCR1的復合物結構中，研究發現了兩個結合口袋。compound 31的“琥珀酸”部分和琥珀酸、馬來酸的結合口袋幾乎一致，而“雙環”部分使R99^3.29的側鏈發生偏轉，進而延伸到一個新的口袋中。這種獨特的結合模式可能是compound 31與琥珀酸、馬來酸相比更能有效激活SUCR1的原因。關鍵氨基酸殘基的功能突變如Y30^1.39A、L79^2.60A、N98^3.29A等，能夠減弱配體的激活效應，揭示了這些相互作用對于配體識別的重要意義。

三種復合物的整體構象較為相似，均捕捉到SUCR1的激活構象——胞內端TM6外移而TM7內移，形成與Gi蛋白C末端α5螺旋交互的空腔，體現了SUCR1與Gi蛋白偶聯的經典GPCR活化模式。活化過程中，配體和疏水殘基L102^3.32、F285^7.43形成疏水相互作用，推動F285^7.43下移并與L106^3.36、F245^6.48等殘基緊密作用，引發TM6的整體外移，從而完成SUCR1受體活化過程。這闡釋了SUCR1的活化機制，揭示了SUCR1與不同配體分子結合的微觀細節，為開發新型靶向SUCR1的化合物奠定了基礎。

上海藥物所為第一完成單位。研究工作得到國家重大科技專項、國家重點基礎研究發展計劃、國家自然科學基金、上海市市級科技重大專項等的支持。該研究使用的冷凍電鏡數據由上海藥物所高峰電鏡中心收集。

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