Структуры крио-ЭМ показывают, как репродуктивный гормон ГнРГ активирует свой рецептор

Гонадотропин-рилизинг-гормон (ГнРГ) — ключевой регулятор репродуктивной функции. Его рецептор (ГнРГР) — важная мишень для лечения бесплодия и рака простаты. Однако низкий уровень экспрессии и нестабильность рецептора долго мешали определить его структуру.

В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, команда под руководством Дуань Цзя и Сюй Хуацяна (H. Eric Xu) из Шанхайского института Materia Medica Китайской академии наук представила высокоразрешающие крио-электронно-микроскопические (крио-ЭМ) структуры ГнРГР двух видов и проанализировала почти 10 одобренных препаратов, нацеленных на этот рецептор.

Были изучены комплексы ГнРГР Xenopus laevis (африканской шпорцевой лягушки) и Sus scrofa (свиньи, чей ГнРГР близок к человеческому) с эндогенным млекопитающим ГнРГ и Gq-белком. Разрешение структур составило 2.67 Å и 3.18 Å соответственно.

Ключевые открытия:

• Уникальная конформация ГнРГ: Гормон принимает уникальную консервативную перевернутую U-образную конформацию, погружая оба своих конца (N- и C-терминальные) глубоко в ортостерический карман рецептора.
• Консервативные взаимодействия: Концы ГнРГ взаимодействуют с ключевыми остатками в трансмембранных областях и внеклеточных петлях. Анализ последовательностей показал высокую консервативность остатков вокруг кармана связывания, включая K^3.32, Y^6.51 и Y^6.52, которые стабилизируют ГнРГ с помощью водородных связей и π-π взаимодействий.
• Функциональное подтверждение: Мутации в этих остатках значительно нарушали передачу сигнала ГнРГ.
• Активация рецептора: Связывание ГнРГ вызывает конформационные изменения: N-конец рецептора отгибается наружу, а TM6 смещается, формируя интерфейс связывания с Gq-белком.
• Анализ лекарств: Сравнение активных структур с неактивным ГнРГР, связанным с антагонистами, выявило ключевые молекулярные переключатели активации. Также были раскрыты взаимосвязи «структура–активность» (SAR) для девяти коммерческих аналогов ГнРГ, таких как трипторелин и нафарелин.
• Дизайн пептидов: Замена глицина в позиции 6 на D-аминокислоты (например, D-Trp) способствует образованию β-изгиба типа II', предорганизуя пептид для связывания с рецептором и повышая его активность. Эта замена также снижает влияние мутаций в остатках кармана, что дает подсказки для создания более устойчивых пептидных препаратов.

Результаты исследования завершают структурную карту ключевых рецепторов гипоталамо-гипофизарно-гонадной оси, предоставляя шаблоны для рационального дизайна лекарств против репродуктивных расстройств и связанных с ними видов рака.