北京時間8月6日，中國科學院上海藥物研究所王明偉/楊德華團隊、徐華強/趙麗華團隊攜手蔣華良/程曦團隊，在PNAS上在線發表了研究成果Molecular insights into differentiated ligand recognition of the human parathyroid hormone receptor 2。這篇由諾貝爾化學獎得主Robert J. Lefkowitz主審的直投（PNAS Direct Submission）論文首次報道了人源甲狀旁腺激素受體2（Parathyroid hormone receptor 2，PTH2R）與其內源性配體和Gs蛋白復合物的冷凍電鏡結構，揭示了PTH2R的配體選擇性、拮抗作用及疾病發生的分子機制，為相關新藥的研發奠定了基礎。 
　　PTH2R是B1類G蛋白偶聯受體家族成員，由550個氨基酸組成，主要分布在腦部，參與疼痛傳導、傷口愈合和機械感知。PTH2R也可調控鈣離子轉運，改善角質細胞分化，是Darier病和Hailey-Hailey病的潛在治療靶點。PTH2R和甲狀旁腺激素受體1（Parathyroid hormone receptor 1，PTH1R）的天然配體包括甲狀旁腺激素（Parathyroid hormone，PTH）、肺漏斗肽39（Tuberoinfundibular peptide 39，TIP39）和甲狀旁腺激素類似肽（Parathyroid hormone-related peptide，PTHrP）。PTH2R可被TIP39和PTH識別，而PTH1R只能被PTHrP和PTH激活。
　　該團隊此前解析了PTH1R與長效甲狀旁腺激素（Long-acting parathyroid hormone，LA-PTH）復合物的三維結構，發現了PTH1R胞外側結構域極具靈活性，但PTH2R和PTH1R特異性識別內源配體的分子機制尚不明了?？蒲腥藛T經過前期載體篩選和應用NanoBiT系連技術，獲得了顆粒均一且性狀穩定的高質量蛋白復合物。研究人員借助上海藥物所300 kV冷凍電鏡拍攝的清晰圖像和后繼單顆粒三維重構，獲得了分辨率為2.8埃的TIP39-PTH2R-Gs三元復合物的立體結構（圖1）。
　　研究揭示，PTH2R內源配體TIP39呈現兩親性α螺旋，羧基端與胞外結構域作用，氨基端則插入受體跨膜結構域。與以往已解析的B1類GPCR結構不同，TIP39末端氨基與自身氨基酸殘基以氫鍵方式形成閉合環狀結構，較深地插入至跨膜結構域（圖1）。與PTH1R相比，PTH2R的第一跨膜螺旋更長，向受體中心彎折，且第一跨膜螺旋與TIP39相互作用（圖2），這或是PTH2R選擇性識別配體的結構基礎。分子動力學模擬和點突變實驗證明，PTH2R的Y3185.39b、K1972.67b和R305ECL2參與配體的特異性識別（圖2）。截短TIP39的氨基端則使之成為PTH2R的拮抗劑即TIP(7-39)。分子動力學模擬結果表明，TIP(7-39)與PTH2R相互作用導致第六跨膜螺旋彎折的角度相比全長TIP39所引起的彎折角度小，從而解釋了TIP(7-39)拮抗作用的分子機制?；赥IP39-PTH2R-Gs復合物結構，引入導致生長發育遲緩的G258D突變，分子動力學模擬發現該變異受體胞內側疏水作用被破壞，與G蛋白結合能力減弱，點突變實驗也佐證了這一結論。
　　該研究成果的第一完成單位是上海藥物所，華中科技大學和復旦大學基礎醫學院等參與研究。研究工作得到國家自然科學基金、國家科技重大專項、國家重點基礎研究發展計劃、中科院戰略性先導科技專項、上海市科技發展基金和諾和諾德-中科院研究基金等的資助。
　　論文鏈接
　　圖1 TIP39激活的PTH2R與Gs蛋白的冷凍電鏡結構。左：TIP39-PTH2R-Gs復合物結構，右：TIP39與PTH2R結合模式
　　圖2 PTH1R和PTH2R特異性識別配體的分子基礎。上：PTH2R結合TIP39與PTH1R結合LA-PTH的構象比較，下：配受體作用模式圖