Ученые раскрыли механизмы белковой селективности в аденозиновом рецепторе

Международная исследовательская группа под руководством доктора Аднана Сльоки (RIKEN) и профессора Акио Китао (Tokyo Tech) в сотрудничестве с профессором Скоттом Проссером (Университет Торонто) провела экспериментальные и вычислительные исследования, чтобы выяснить механизмы селективности и эффективности G-белков в человеческом аденозиновом рецепторе A_2A (A_2AR).

A_2AR — член суперсемейства G-белок-сопряженных рецепторов (GPCR), основных мишеней для лекарств. Он связывается с G-белком и запускает клеточную сигнализацию, влияя на здоровье сердца, воспаление, рак и заболевания мозга.

Ученые совершили прорыв в понимании того, как A_2AR может связывать и активировать несколько G-белков, и механизмов этой селективной связи. Работа опубликована в Nature Chemical Biology.

Исследователи обнаружили, что характерная для A_2AR "всеядность" связывания является прямым следствием изменений в активационных конформациях. Более того, механизмы дальней (аллостерической) коммуникации изящно контролируют выборку специфических конформеров внутри динамического ансамбля конформаций.

Это исследование дает глубокое понимание селективности GPCR и смещенной сигнализации. Ожидается, что эти результаты окажут большое влияние на разработку лекарств и проложат путь к новым терапевтическим стратегиям, нацеленным на GPCR, для лечения различных заболеваний человека, включая рак и нейродегенеративные расстройства.

Методы и результаты

Используя экспериментальные и вычислительные методы, включая функциональные анализы, фтор-ЯМР (¹⁹F-NMR), математическую теорию жесткости, молекулярно-динамическое моделирование и метод Монте-Карло, команда обнаружила механизм селективности связывания GPCR с G-белком.

Ученые сфокусировались на A_2AR. Этот рецептор распределен в нервной системе, тромбоцитах, иммунных клетках, легких, сердце и сосудах, связываясь с несколькими G-белками (в частности, G_o) в дополнение к своему основному партнеру G_s.

Исследователи изучили ключевые конформационные состояния и динамику A_2AR, комплексируя его как с основным G_s, так и с неосновным G_o G-белком при наличии одного и того же агониста. ¹⁹F-NMR выявил несколько функциональных активационных состояний A_2AR при связывании с G_s и G_o.

Когда A_2AR связывается с предпочтительным партнером G_s, рецептор адаптирует долгоживущие и высоконаселенные активационные состояния. Однако при связывании с G_o эти состояния значительно менее задействованы и населены. Одно из активационных состояний наблюдалось в основном при связывании с G_s, но не с G_o.

Молекулярно-динамическое моделирование показало, что G_s образует больше взаимодействий с A_2AR и имеет более сильное сродство связывания по сравнению с G_o. Дополнительное моделирование методом Монте-Карло подтвердило, что при связывании с разными G-белками происходят серьезные изменения в динамике рецептора, которые определяют популяции и взаимопревращения между активационными состояниями.

Анализ с помощью теории жесткости подтвердил наличие множественных адаптивных аллостерических сетей, которые различались при связывании рецептора с G_s и G_o. Эти аллостерические механизмы напрямую контролируют динамические различия и переходы между различными функциональными состояниями, играя важную роль в селективности G-белка и сопряжении рецептор-белок.

Способность GPCR связываться с несколькими белками через различные активационные состояния может привести к созданию более эффективных методов лечения.