세포내 작용제에 의한 클래스 B1 GPCR 활성화

네이처(2023)이 기사 인용

2003년 액세스

116 알트메트릭

측정항목 세부정보

G 단백질 결합 수용체(GPCR)는 일반적으로 오르토스테릭 결합 포켓에 특정 리간드를 수용합니다. 리간드 결합은 수용체 알로스테릭 형태 변화를 유발하여 세포내 변환기, G 단백질 및 β-어레스틴의 활성화를 유도합니다. 이러한 신호는 종종 부작용을 유발하므로 각 변환기의 선택적 활성화 메커니즘을 설명해야 합니다. 따라서, 많은 오르토스테릭 편향 작용제가 개발되었으며, 최근 세포내 편향 작용제가 광범위한 관심을 끌고 있습니다. 이러한 작용제는 수용체 세포내 공동 내에 결합하고 세포외 측면에서 수용체의 알로스테릭 재배열 없이 다른 신호 전달 경로에 비해 특정 신호 전달 경로를 우선적으로 조정합니다. 그러나 길항제 결합 구조만 현재 이용 가능하며 편향된 작용제 결합이 세포내 공동 내에서 발생한다는 것을 뒷받침하는 증거는 없습니다. 이는 세포내 편향 작용과 잠재적인 약물 개발에 대한 이해를 제한합니다. 여기에서 우리는 PTH1R 작용제인 PCO371에 결합된 Gs 복합체와 인간 부갑상선 호르몬 1형 수용체(PTH1R)의 복합체의 극저온 전자 현미경 구조를 보고합니다. PCO371은 PTH1R의 세포내 포켓 내에 결합하고 G와 직접 상호작용합니다. PCO371 결합 모드는 세포외에서 유도된 알로스테릭 신호 전파 없이 활성 형태를 향해 세포내 영역을 재배열합니다. PCO371은 β-어레스틴보다는 G 단백질에 대한 결합을 촉진하는 막횡단 나선 6의 상당히 바깥쪽으로 구부러진 형태를 안정화합니다. 또한, PCO371은 고도로 보존된 세포내 포켓 내에 결합하여 15개 클래스 B1 GPCR 중 7개를 활성화합니다. 우리의 연구는 새롭고 보존된 세포내 작용제 결합 포켓을 식별하고 수용체-변환기 인터페이스를 목표로 하는 편향된 신호 메커니즘의 증거를 제공합니다.

GPCR은 인간 단백질의 가장 큰 계열을 구성하며 거의 모든 생리학적 과정에 관여합니다. 결과적으로, 그들은 시판되는 약물의 30% 이상에 의해 표적이 됩니다7. 작용제는 GPCR의 세포외 오르토스테릭 결합 포켓에 결합하여 형태 변화를 유도하고 막횡단 도메인(TMD)의 활성 형태를 안정화합니다. 오르토스테릭 포켓은 매우 다양한 모양과 순서를 개발하여 다양한 세포외 자극8에 대한 반응을 가능하게 합니다. 오르토스테릭 작용제 외에도 수많은 알로스테릭 조절제가 생성되었으며 이전 구조 연구에서는 다양한 알로스테릭 포켓이 확인되었습니다9. 오르토스테릭 부위와 비교하여, 알로스테릭 부위는 더 다양한 아미노산 잔기를 갖는 경향이 있습니다. 그러므로 알로스테릭 리간드는 수용체에 대한 하위유형 특이성을 제공합니다. 이전의 구조 연구에서 개별 수용체에 의한 오르토스테릭 및 알로스테릭 리간드에 대한 정확하고 구체적인 인식 모드가 밝혀졌지만, 별개의 수용체 하위 유형에 걸쳐 보존된 작용제 결합 포켓은 아직 발견되지 않았습니다.

대부분의 작용제는 여러 신호 전달 경로를 활성화하며 이러한 신호 중 일부는 때때로 약리학적 부작용을 유발합니다. 특정 세포내 변환기를 우선적으로 활성화하는 편향된 작용제는 부작용을 줄이면서 치료 효과를 극대화할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다10. 현재 편향된 작용제는 일반적으로 TMD의 세포외 절반에 결합하는 반면, 세포내 측면, 특히 수용체-변환기 경계면에 결합하는 작용제는 편향된 신호 작용의 정확한 조절에 바람직할 수 있습니다2. 지금까지 세포내 리간드 결합 GPCR의 6가지 구조가 보고되었습니다1,4,5,6,11,12. 그러나 이들 중 대부분은 길항제 결합 구조이며 편향된 작용제가 세포내 변환기 포켓에 결합한다는 구조적 증거는 없습니다. 이러한 지식 부족으로 인해 세포 내 편향된 작용을 이해하고 미세 조정하는 능력이 제한됩니다.