Структурные и функциональные исследования рецепторов кортикотропин-рилизинг-фактора

Рецепторы CRF1R и CRF2R, относящиеся к классу B GPCR, широко экспрессируются в центральной и периферической нервной системе. Их активируют пептидные гормоны семейства кортиколиберина, включая CRF и уротензины 1-3 (UCN1-UCN3). Активированные рецепторы являются ключевым медиатором эндокринных, вегетативных, поведенческих и иммунных реакций на стресс, связываясь с Gs-белком.

В исследовании, опубликованном в Molecular Cell, группа Х. Эрика Сюя из Шанхайского института Materia Medica совместно с группой Чжан Яня из Чжэцзянского университета представила две крио-ЭМ структуры рецепторов CRF1R и CRF2R в комплексе с UCN1 и стимулирующим Gs-белком. Эти структуры служат шаблоном для разработки новых методов лечения тревоги, депрессии, наркомании и сердечно-сосудистых заболеваний.

Специфичность связывания пептидов

• Трехмерные структуры раскрыли механизм специфичности связывания пептидов и структурную основу рекрутирования Gs-белка.
• UCN1 обладает уникальной структурной особенностью: его первые семь остатков образуют протяженную петлю, а С-концевые остатки (8-40) — единую протяженную спираль.
• В том же выпуске журнала была представлена крио-ЭМ структура комплекса CRF-CRF1R-Gs. Анализ электростатических свойств показал, что поверхность CRF более отрицательно заряжена, что лучше соответствует связывающему карману CRF1R, объясняя более высокую активность CRF в отношении CRF1R, чем CRF2R.

Универсальный механизм активации рецепторов класса B

• Сравнение с ранее опубликованными активными структурами рецепторов класса B (включая PTH1R в комплексе с Gs) показало, что наибольшие конформационные различия наблюдаются во внеклеточных доменах (ECD), связанных с С-концевыми частями пептидных лигандов.
• Хотя вторичная структура и каркас трансмембранных доменов (TMD), связанных с N-концевыми частями лигандов, схожи, размеры и формы пептид-связывающих карманов различаются для каждого рецептора.
• Пептидные лиганды семейства рецепторов класса B можно разделить на три подгруппы. Специфичность распознавания контролируется на двух уровнях: быстрое распознавание рецепторным ECD с последующим проникновением N-концевой части лиганда в TMD рецептора, что и определяет окончательную специфичность.
• По сравнению со структурой TMD CRF1R, связанной с антагонистом, основные конформационные изменения происходят в TM5, TM6 и TM7, особенно в мотиве "NPGQ". Взаимодействие Gαs α5-спирали с TM-спиралями рецептора и консервативный мотив "NPGQ" указывают на общий механизм активации рецепторов класса B.

Взаимодействие с липидами и холестерином

• Как и в ранее описанном комплексе PTH1R-Gs, структуры CRF1R и CRF2R выявили кольцевой мицелл детергента, окружающий трансмембранные спирали. В мицелле четко видны несколько связанных молекул холестерина, и сайты их связывания перекрываются во всех трех структурах.
• Остатки, взаимодействующие с двумя молекулами холестерина, высококонсервативны в рецепторах класса B. Мутации аланина в этих остатках снижали активирующую способность UCN1 и CRF в отношении CRF1R и CRF2R.
• Также были визуализированы липид-модифицированные фрагменты Gαs и Gβγ. Результаты свидетельствуют, что холестерин играет важную роль в стабилизации связывания пептида и передачи сигнала GPCR.

Значение исследования

Структуры активных комплексов UCN1-CRF1R-Gs и UCN1-CRF2R-Gs раскрывают основу специфичности связывания пептидов, подтверждают универсальный механизм активации рецепторов класса B и предоставляют детальную структурную информацию для изучения взаимодействий мембранных белков с липидами. Эти структуры служат рациональным шаблоном для понимания взаимосвязи структуры и активности при разработке лекарств, нацеленных на заболевания, связанные с CRF1R и CRF2R.