中国科学院尹万超/徐华强合作揭示Bombesin受体对瘙痒相关神经肽的分子识别机制
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阅读： 2022/11/9 15:34:23
瘙痒，特别是过敏性皮肤病和/或神经疾病患者的持续瘙痒(或慢性瘙痒)，显著影响睡眠、情绪和个人健康。人们作出了广泛的努力来开发新的治疗策略来对抗瘙痒。不幸的是，尽管在过去几十年里在止痒研究方面做出了巨大的努力，但目前还没有FDA批准的治疗慢性瘙痒的方法。
Bombesin是一种含有14种氨基酸的肽，两种哺乳动物的B -样肽——神经medin B受体(neuromedin B, NMB)和胃泌素释放肽(gastrin-releasing peptide, GRP) 已经被鉴定出来，分别是神经medin B受体(NMBR或BB1受体)和胃泌素释放肽受体(GRPR或BB2受体)的内源性配体。
2022年11月3日，中国科学院上海药物研究所尹万超与徐华强合作在Cell Research 杂志在线发表题为“Molecular recognition of itch-associated neuropeptides by bombesin receptors”的研究论文，该研究提出了两种活性Gq耦合NMBR和GRPR分别与NMB30和GRP(14-27)结合的冷冻电镜结构，描述了内源性配体和Bombesin受体之间的详细相互作用。
Bombesin (Bn)是一种含有14种氨基酸的肽，是哺乳动物胃泌素释放肽的两栖类同源物，已被广泛研究作为靶向配体。还有一种Bombesin受体BRS3或BB3R，与NMBR和GRPR在序列和结构上有相似之处，但不被NMB或GRP激活NMB和GRP都参与多种生理和病理过程，包括由组胺或非组胺瘙痒原引起的瘙痒。作为脊髓中与瘙痒相关的神经肽受体，NMBR和GRPR都处于瘙痒传播的核心，在瘙痒生物学中发挥着关键作用，因此，它们是抗瘙痒干预的有吸引力的靶点。
为了探索瘙痒受体识别肽的机制，研究人员使用BRIL融合、NanoBiT栓系、Gq工程和抗体scFv16方法组装受体激动剂-bombesin受体- Gq复合体用于冷冻电子显微镜(cryo-electron microscopy, cryo-EM)研究，该方法此前已成功用于解决几个GPCR/ g蛋白复合体。与Gq和选择性肽激动剂NMB30和GRP(14-27)复配的NMBR和GRPR的冷冻电镜结构分别在3.15 ?和3.30 ?的全局分辨率下解析。
NMB30-NMBR-Gq和GRP(14-27) -GRPR-Gq复合物的Cryo-EM结构（图源自Cell Research ）
通过对两种多肽结合袋的结构洞察揭示了两种受体之间的微小氨基酸差异重塑了它们的结合模式，并允许不同的肽偏好，而NMBR和GRPR结合袋中的大多数残基是高度保守的。NMB30与GRP(14-27)在C端十肽的三个残基上不同，而NMB30中的L3N和F9N突变到GRP(14-27)中等效的H3G和L9G被认为可以增加药效和特异性。
考虑到有报道称NMBR与NMB30结合的亲和力比GRP(14-27)高640倍，而GRPR与GRP(14-27)结合的亲和力比NMB30高650倍，根据NMBR中保守的F195ECL2和GRPR中F193ECL2的Cα原子之间的测量，发现主要的差异位于ECL2区域，其偏转率为2.1 ?。GRPR中F193ECL2侧链的摆动远离肽GRP(14-27)，为H3G的庞大侧链创造了足够的空间。这些数据揭示了NMB30和GRP之间Bombesin受体选择性的决定因素。
不仅如此，通过NMBR和GRPR复合物与其密切相关的胆囊收缩素A受体(CCKAR)在活性状态(PDB 7EZM)和非活性状态(PDB 7F8U)的结构比较揭示了Bombesin受体激活的基础。NMBR和GRPR都采用与活性CCKAR类似的全活性构象。Bombesin受体可被含有C -末端的酰胺化和非酰胺化形式的Bombesin肽激活，且激活强度不同。这些结果揭示了Bombesin受体的激活途径，丰富了GPCR领域中独特的受体、配体和效应体特异性激活途径。
总的来说，随着对Bombesin受体配体结合和选择性的深入了解，设计强力有效的Bombesin受体调节剂治疗瘙痒和其他疾病可能会有新的机会。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41422-022-00743-6
转自：“iNature”微信公众号
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