G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）是最大的膜受體超家族，可以分為A、B1、B2、C和F這5大類(lèi)，幾乎參與了所有的生理和病理過(guò)程，是目前多種疾病的關(guān)鍵治療靶點(diǎn)。其中C類(lèi)GPCR中的GPR156在聽(tīng)覺(jué)毛細(xì)胞中高度表達(dá)。
有研究報(bào)道，GPR156的失活會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的聽(tīng)力損傷，并且在人類(lèi)家系中也發(fā)現(xiàn)GPR156的變異會(huì)導(dǎo)致隱性先天性聽(tīng)力損失。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)GPR156-Gαi信號(hào)通路指導(dǎo)小鼠耳蝸、小鼠前庭和斑馬魚(yú)側(cè)線耳石器官中機(jī)械感覺(jué)細(xì)胞毛細(xì)胞的定向，這些說(shuō)明GPR156對(duì)聽(tīng)覺(jué)功能的正常發(fā)揮具有重要作用。
近日，東南大學(xué)生命健康高等研究院/東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院柴人杰教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合浙江大學(xué)張巖教授、毛春友研究員及華中科技大學(xué)劉劍鋒教授，在 Nature 子刊 Nature Communications 上發(fā)表了題為：Molecular insights into the activation mechanism of GPR156 in maintaining auditory function 的研究論文。
該研究揭示了聽(tīng)覺(jué)關(guān)鍵蛋白GPR156的組成性活性是如何通過(guò)二聚化來(lái)維持的，并解析了GPR156在維持聽(tīng)覺(jué)功能中持續(xù)激活的分子機(jī)制。
傳統(tǒng)C類(lèi)GPCR具有嚴(yán)格的二聚體的特征和能識(shí)別小分子配體的大胞外區(qū)域，然而，GPR156是極為特殊的一種，其序列上缺乏傳統(tǒng)的大胞外區(qū)域，因此其二聚體的結(jié)構(gòu)組成和激活機(jī)制可能不同于已知的其他C類(lèi)受體。
該研究首先在體內(nèi)通過(guò)AAV技術(shù)對(duì)內(nèi)耳毛細(xì)胞中的GPR156進(jìn)行了敲低，從而證明了GPR156不僅在聽(tīng)力的建立中發(fā)揮作用，在聽(tīng)力成熟后也能夠持續(xù)激活以維持正常的聽(tīng)力功能。
為了闡明GPR156持續(xù)發(fā)揮作用的分子基礎(chǔ)，研究團(tuán)隊(duì)使用冷凍電鏡技術(shù)解析了載脂蛋白狀態(tài)和激活狀態(tài)的GPR156高分辨結(jié)構(gòu)。首先，通過(guò)結(jié)構(gòu)分析，研究發(fā)現(xiàn)GPR156僅通過(guò)ECL2和短N(yùn)端形成較小的細(xì)胞外區(qū)域的新二聚體形式。之后，通過(guò)結(jié)合功能實(shí)驗(yàn)，研究進(jìn)一步揭示了C類(lèi)GPCR新的激活機(jī)制。在G蛋白偶聯(lián)之前，GPR156采用對(duì)稱(chēng)的二聚體狀態(tài)，兩個(gè)亞基具有幾乎相同的構(gòu)象，并且具有相同的與G蛋白偶聯(lián)的能力，類(lèi)似于處于黃燈的等待狀態(tài)。當(dāng)G蛋白偶聯(lián)開(kāi)始時(shí)，二聚體界面處沒(méi)有發(fā)生重排，二聚體的TMD沒(méi)有明顯的旋轉(zhuǎn)或平移，這時(shí)推測(cè)靠近G蛋白的GPR156亞基的C端與G蛋白相互作用。當(dāng)G蛋白偶聯(lián)后，結(jié)合G蛋白的亞基的C端平行于二聚體的胞內(nèi)端；一方面，這有利于該亞基與G蛋白的結(jié)合，使其處于類(lèi)似于綠燈的放行狀態(tài)；另一方面，它占據(jù)了另一個(gè)亞基的TMD底部，阻礙了過(guò)量G蛋白結(jié)合引起的干擾，使其處于類(lèi)似于紅燈的關(guān)閉狀態(tài)。這種機(jī)制可使GPR156下游G蛋白信號(hào)維持在穩(wěn)定的水平。
GPR156同源二聚體激活模式
該研究強(qiáng)調(diào)了GPR156在維持聽(tīng)覺(jué)功能中的作用，對(duì)我們進(jìn)一步理解C類(lèi)GPCR在結(jié)構(gòu)和功能上的多樣性具有重要意義。
東南大學(xué)柴人杰教授團(tuán)隊(duì)、浙江大學(xué)張巖教授團(tuán)隊(duì)、浙江大學(xué)毛春友研究員團(tuán)隊(duì)以及華中科技大學(xué)劉劍鋒教授團(tuán)隊(duì)合作完成。柴人杰教授團(tuán)隊(duì)博士生馬翔宇、浙江大學(xué)博士生陳禮楠、柴人杰教授團(tuán)隊(duì)博士后廖夢(mèng)暉、博士后張李燕、碩士生郭佳敏、浙江大學(xué)助研席昆博士為論文共同第一作者。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-54681-5
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