冷凍電鏡技術等解析多巴胺受體DRD1Gs信號復合物

　　 西安交通大學物理學院教授張磊團隊與四川大學、山東大學、國家蛋白質中心（上海）、香港中文大學等單位合作，采用冷凍電鏡技術在多巴胺受體調節機制方面取得重大進展。近日，該研究相關成果以《DRD1-Gs信號復合物的配體識別和變構調控》為題在線發表在《細胞》上。

　　作為一種能夠給人帶來愉悅感受的神經遞質，多巴胺在中樞神經系統疾病治療中具有重要作用，可調節如成癮、記憶、獎賞、新陳代謝和激素分泌等多種生理過程。目前已知多巴胺受體包含D1和D2類兩個亞家族，其中D1類受體（DRD1和DRD5）通過激活Gs/Golf和刺激環磷酸腺苷（cAMP）的產生，調節中樞神經系統獎賞、運動和認知，并在外周組織中抑制炎癥反應和維持心血管與腎臟動態平衡等方面發揮有益作用；D2類受體（包括DRD2、DRD3和DRD4）與Gi/Go偶聯，抑制cAMP積累并調節不同的生理效應。

　　以上5種多巴胺受體亞型具有很高的序列同源性并識別相同的內源性配體，雖然當前針對這5種亞型的藥物開發已取得重要進展，但多巴胺受體亞型之間對激動劑識別、配體選擇性、受體激活和G蛋白選擇性的機制仍有待厘清。目前為止，D2類受體識別拮抗劑配體的分子機制和選擇性激動劑Bromocriptine激活DRD2-Gi信號轉導復合物的分子機制相繼被揭示。然而，D1類亞家族識別配體的結構基礎仍然缺乏，無法為選擇性激動劑的開發提供理論依據，從而無法滿足高選擇性激動劑等藥物治療帕金森病以及腎損傷高血壓的臨床需求。

　　采用冷凍電鏡技術，聯合團隊首次解析了DRD1-Gs復合體分別結合兒茶酚類激動劑（降血壓藥Fenoldopam、完全激動劑A77636和G蛋白偏向性激動劑SKF83959）、非兒茶酚類激動劑PW0464，以及同時結合多巴胺和正向別構調節劑LY3154207的近原子分辨率三維結構。

　　該研究對多巴胺受體的配體識別、激活機理以及信號轉導選擇等都具有廣泛的影響。其主要發現包括：揭示了DRD1的正位結合口袋識別內源性荷爾蒙多巴胺及兒茶酚類激動劑配體的機制；闡明了DRD1非兒茶酚類激動劑的結合模式；揭示了DRD1延伸結合口袋的結構功能特征；發現了DRD1的正向別構調節位點；提出了DRD1對G蛋白偶聯和選擇性的關鍵殘基。

　　聯合團隊利用單顆粒冷凍電鏡技術解析了多巴胺受體DRD1與G蛋白的復合物結構，從而在原子層面上詳細闡釋了DRD1的配體識別、別構調節及與G蛋白偶聯的機制，該項研究將為高血壓、帕金森綜合癥、腎損傷等疾病的藥物開發和治療帶來新的曙光。

　　該研究成果中的冷凍電鏡相關工作由西安交大完成。