研究揭示血清素5HT6受體高組成性活性的分子機制

　　《美國國家科學院刊》（PNAS）在線發表了中國科學院分子細胞科學卓越創新中心（生物化學與細胞生物學研究所）汪勝研究組和叢堯研究組完成的研究成果（Structural insights into constitutive activity of 5-HT6 receptor）。該研究通過解析血清素受體5-HT6-Gs復合物的結構，揭示了5-HT6受體不依賴于配體的高水平組成性活性的決定性因素，闡明了5-HT6受體高組成性活性的分子機制，并以結構為導向設計了受體特異性納米抗體NB6A1，為剖析G蛋白偶聯受體（GPCR）組成性活性的理論機制提供了重要信息。

　　血清素是重要的神經遞質，在調節情感、認知、學習、記憶、疼痛等一系列生理活動中起著重要作用。血清素通過作用于血清素受體發揮功能。人體內的血清素受體一般7個家族（5-HT1-7）13種亞型，除了5-HT3是配體門控離子通道外，其余均是具有7次跨膜螺旋結構的GPCR。與多數血清素受體不同，5-HT6受體僅分布在中樞神經系統中，靶向該受體已被證明在治療阿爾茲海默癥、精神分裂癥等神經精神疾病具有重要作用。此外，5-HT6受體表現出的不依賴于配體的高水平組成性活性，與神經元發育、新皮層徑向遷移和人神經干細胞的自我更新有關。眾所周知，多數受體均具有不同程度的不依賴于其配體的組成性活性，而這種組成性活性的確切機制仍未知。

　　本研究利用冷凍電鏡技術，成功解析了血清素激活5-HT6受體與Gs蛋白形成復合物的高分辨率冷凍電鏡結構。基于結構的解析，通過體外功能性實驗，研究揭示了5-HT6受體不依賴于配體高組成性活性的結構決定因素，即鈉離子結合口袋的破壞和G蛋白α亞基與受體的高效解離。

　　研究組的前期工作（Science，2017）和同期的系列研究表明，GPCR普遍存在鈉離子結合位點，且該結合位點在整個A類GPCR中高度保守。鈉離子與GPCR的結合一直以來被認為是維持受體處于非激活狀態的關鍵因子。而該工作中的高分辨率冷凍電鏡結構表明，5-HT6受體第280位的蘇氨酸和第312位的天冬氨酸之間形成的氫鍵破壞了鈉離子結合口袋，影響了5-HT6受體與鈉離子的結合，使得受體更易于處于激活狀態；GPCR激活后，G蛋白α亞基和βγ亞基分離，并進一步與受體解離，完成整個受體的激活過程。5-HT6受體第325位的精氨酸和G蛋白α亞基第378位的精氨酸之間產生的同電荷互斥作用，使得G蛋白α亞基能夠快速從受體中解離，進而高效完成受體介導的下游信號激活過程。上述兩方面因素的協同作用維持了5-HT6受體的高組成性活性。基于以上結構特征，汪勝研究組設計并篩選出5-HT6受體特異性結合的納米抗體-NB6A1，通過體外功能實驗驗證了其能顯著降低受體組成性活性，進一步確認了5-HT6受體組成性活性的結構基礎，為后續探究GPCR組成性活性的理論機制提供了重要信息。

　　研究工作得到科技部、國家自然科學基金、中科院和上海市科學技術委員會等的資助，并獲得國家蛋白質科學研究（上海）設施冷凍電鏡系統、數據庫與計算分析系統的支持。