????GnRHR是GnRH的受體，也是不孕癥、前列腺癌等生殖系統(tǒng)疾病的治療靶點與畜牧業(yè)中高效繁殖的“秘密武器”。低表達和不穩(wěn)定的GnRHR精密地調(diào)控人體生殖平衡，但學界對GnRHR精確識別激素信號并激活下游通路機制尚不明晰。同時，GnRHR的異常激活或抑制與不孕癥、性早熟、子宮內(nèi)膜異位癥及前列腺癌等疾病相關。盡管如亮丙瑞林、戈舍瑞林等GnRH類似物已應用于臨床，但其快速降解和脫靶效應限制了療效，且GnRH如何激活GnRHR的結構信息長期缺失，阻礙了靶向藥物理性設計。
針對上述問題，中國科學院上海藥物研究所研究員段佳和研究員徐華強團隊，通過高分辨率冷凍電鏡技術解析了豬源、非洲爪蟾源GnRHR與哺乳動物內(nèi)源性GnRH及Gq蛋白的激動態(tài)復合物結構，并對近10種該靶點藥物分子進行深入構效關系分析，揭示了GnRH保守識別機制和受體激活分子基礎，為開發(fā)新一代生殖疾病和癌癥治療藥物提供了關鍵結構模板。
GnRHR是進化高度保守的基因，其廣泛存在于脊椎動物中，并執(zhí)行類似的生理功能。研究通過跨物種序列比對發(fā)現(xiàn)，通常非哺乳動物的GnRHR保留典型的Helix 8結構，而哺乳動物中缺失該結構域。基于此，研究人員篩選了兩種與人源GnRHR具有代表性差異的物種——與人源GnRHR序列同源性高達91.2%的豬源GnRHR（pGnRHR）和與人源GnRHR序列同源性為44.3%的非洲爪蟾源GnRHR（fGnRHR）。進而，該團隊解析了GnRH激活狀態(tài)下，pGnRHR和fGnRHR分別與Gq蛋白結合形成的復合物冷凍電鏡結構，其分辨率分別達到3.18 ?和2.67 ?。
結構研究顯示，GnRH在兩種復合物中均以獨特且保守的“倒U形”構象嵌入受體正構口袋，其N端與C端分別插入受體口袋不同區(qū)域，并與跨膜螺旋（TM3、TM5–TM7）及胞外環(huán)（ECL2/3）上關鍵殘基形成特異性相互作用。同時，多物種序列比對結果揭示，該結合口袋周圍關鍵殘基具有高度保守性。其中，K3.32、Y6.51及Y6.52等殘基通過氫鍵和π–π堆疊相互作用穩(wěn)定GnRH的結合模式，突顯了GnRH識別在物種進化中的保守特征。進一步，研究人員觀察到如fGnRHR等特定物種在ECL3構象上的差異，提示該區(qū)域或參與功能精細調(diào)控的進化適應。功能實驗證實，結構中揭示的保守殘基對GnRH誘導的信號傳導具有顯著影響，驗證了結構–功能之間的內(nèi)在聯(lián)系。
進一步，研究人員基于激動態(tài)結構，構建并分析了9種已上市GnRH類似物的受體結合構象，系統(tǒng)總結了其構效關系。研究發(fā)現(xiàn)，多肽中第6位甘氨酸被D型氨基酸取代，可顯著增強其“預折疊”能力，穩(wěn)定其激動構象，進而提高藥物活性并增強突變耐受性。
這一研究揭示了GnRH類似物激活受體分子機制，為新一代GnRHR靶向藥物優(yōu)化提供了明確方向，并為新一代小分子與多肽藥物的結構優(yōu)化與創(chuàng)新開發(fā)提供了理論基礎。
近日，相關研究成果以Cryo-EM Structures of GnRHR: Foundations for Next-Generation Therapeutics為題，發(fā)表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部、中國科學院及上海市等的支持。
GnRH與非洲爪蟾源以及豬源GnRHR-Gq復合物的冷凍電鏡結構
GnRHR藥物建模與構效關系示意圖
本文鏈接：研究揭示GnRH保守識別機制和受體激活分子基礎http://www.sq15.cn/show-12-1318-0.html
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