? ? GPCR（G蛋白偶聯(lián)受體）們的外貌五花八門，每個(gè)都得準(zhǔn)確地識(shí)別屬于自己的信號(hào)分子。近來，參與GPCR Network的PSI研究人員解明了胰高血糖素受體的結(jié)構(gòu)。他們看到的不僅是它那標(biāo)志性的七次跨膜螺旋結(jié)構(gòu)，更是一大類識(shí)別短肽信號(hào)分子的GPCR共有的原子級(jí)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。這個(gè)結(jié)構(gòu)以及與它相似的促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素受體-1（ATP吐槽：這名字真長）的結(jié)構(gòu)向我們展示了所謂“B類GPCR”與其他GPCR們的異同之處。

蛋白三明治

? ? B類GPCR的結(jié)構(gòu)特征就是具有兩個(gè)結(jié)構(gòu)域。其中一個(gè)結(jié)構(gòu)域就是個(gè)平平無奇的跨膜結(jié)構(gòu)域（上圖中綠松石色的部分），形成的一圈α螺旋看起來跟其他GPCR沒什么兩樣，負(fù)責(zé)把激素（粉色）的結(jié)合和胞內(nèi)G蛋白的激活偶聯(lián)在一起；另一個(gè)結(jié)構(gòu)域（深藍(lán)色）位于受體的胞外部分，學(xué)界認(rèn)為激素要先被它捕獲，然后才轉(zhuǎn)交給跨膜結(jié)構(gòu)域結(jié)合。

一部分一部分來

? ? 這些GPCR生得柔韌靈活，為結(jié)構(gòu)研究帶來了不小的挑戰(zhàn)。為了研究它們，人們不得不動(dòng)用“分而治之”的方法：把它們打碎成方便處理的小塊，再對(duì)這些小塊分別進(jìn)行研究。研究者們已經(jīng)得到了不少這類受體胞外結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)里有的只有胞外結(jié)構(gòu)域自己，有的是它跟與它結(jié)合著的激素的合影。相比之下，跨膜結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)要難搞得多，直到最近才有兩個(gè)受體跨膜結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)被解析清楚，這才使我們得以見到B類GPCR的全貌。這兩個(gè)受體就是胰高血糖素受體（PDB條目4l6r）與促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素受體-1（PDB條目4k5y）。上圖展示的是結(jié)合有胰高血糖素的完整胰高血糖素受體的模型，它的結(jié)構(gòu)是PSI研究人員基于構(gòu)象模擬、交聯(lián)和突變研究得來的數(shù)據(jù)構(gòu)建出來的。

激素類似物

? ??人們正在嘗試用肽類激素的類似物調(diào)節(jié)它們的受體，為的是治療像糖尿病這樣的疾病。上圖左側(cè)展示了胰高血糖素樣肽-1（粉色）與它受體的胞外結(jié)構(gòu)域（藍(lán)色）結(jié)合時(shí)的結(jié)構(gòu)（PDB條目3iol）。就像胰高血糖素和它的受體一樣，胰高血糖素樣肽-1形成的α螺旋結(jié)構(gòu)可能與受體的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域都有相互作用。有一種從希拉毒蜥（Gila monster）的唾液中發(fā)現(xiàn)的短肽叫做exendin-4，它也與胰高血糖素樣肽-1的受體結(jié)合，就像胰高血糖素樣肽-1一樣對(duì)胰島素的釋放起調(diào)控作用。不過，它的結(jié)構(gòu)有一些特別的地方，比如一個(gè)特殊的色氨酸，它參與構(gòu)成一個(gè)籠狀結(jié)構(gòu)（上圖右，靠近最上方處）。這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有助于穩(wěn)定它有活性的α螺旋構(gòu)象。（ATP注：這個(gè)exendin-4的人工合成品已經(jīng)是治糖尿病的藥物了，藥名叫艾塞那肽。）

一樣，但不完全一樣

? ? 為了破解這些受體結(jié)構(gòu)的難解之謎，研究者們不得不像對(duì)付其他GPCR一樣祭出蛋白質(zhì)工程的技術(shù)：首先切掉受體的胞外結(jié)構(gòu)域，然后在肽鏈中間插入一個(gè)穩(wěn)定的小蛋白，讓它成為結(jié)晶的“借力點(diǎn)”。下圖中兩個(gè)B類GPCR（PDB條目4l6r和4k5y，下圖左與中）都擁有熟悉的一束跨膜α螺旋結(jié)構(gòu)，不過它們這圈α螺旋在頂上張得更開，形成更大的結(jié)合位點(diǎn)，這樣才能容得下大個(gè)頭的肽類激素。如果你想看一看這兩個(gè)新結(jié)構(gòu)和A類GPCR的結(jié)構(gòu)有什么區(qū)別，請(qǐng)前往原網(wǎng)頁查看可互動(dòng)的JSmol文件。

GPCR結(jié)構(gòu)（PDB條目4k5y、4l6r和2rh1）

? ? 原網(wǎng)頁的JSmol展示了2個(gè)B類GPCR和1個(gè)A類GPCR跨膜結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)。注意B類GPCR的α螺旋在一側(cè)張得更開，為的是形成用以容納肽類激素的結(jié)合位點(diǎn)。（ATP注：其實(shí)上面這張圖看得還挺清楚的，不過如果你想要360°無死角地欣賞這些小蛋白的話，可一定要去原網(wǎng)頁玩一玩哦。）

? ? 之前預(yù)告過的胰高血糖素受體來嘍=w=下一期應(yīng)該會(huì)是腺苷受體吧！我本來想除夕或大年初一翻譯點(diǎn)東西助助興的，沒想到寫有關(guān)RyR2的東西耽誤了太多時(shí)間……不得不說想把RyR2的事用不像寫綜述的方法說清楚真的很讓人頭疼，尤其是這玩意兒的事本就不怎么清楚……

? ? 好了，不說了，是時(shí)候扯些跟本篇主人公有關(guān)的事了！由于興趣方向的問題，我對(duì)胰高血糖素受體的關(guān)注很少，之所以是很少而不是沒有主要是因?yàn)樗谛募∩弦泊嬖?，可以通過激活cAMP-PKA通路增強(qiáng)心肌收縮力（話說剛好我正在寫的有關(guān)于RyR2的東西就要講到PKA）。這條信號(hào)通路的激活相對(duì)獨(dú)立于β腎上腺素受體通路，所以當(dāng)β受體阻斷劑中毒引發(fā)心臟收縮功能障礙時(shí)，搶救措施之一就是注射胰高血糖素。不過呢，這點(diǎn)小小的緣分并不是我如此早地翻譯這篇結(jié)構(gòu)生物學(xué)亮點(diǎn)的理由，真正讓我在翻完上篇后一眼相中了胰高血糖素受體的是它那獨(dú)屬于B類GPCR的鶴立雞群的神奇長相。B類GPCR在結(jié)構(gòu)上有兩大特點(diǎn)，第一點(diǎn)是小巧可愛的胞外結(jié)構(gòu)域，第二點(diǎn)則是寬廣深長的配體結(jié)合位點(diǎn)。正文最后那張圖特別能說明第二點(diǎn)，畢竟你不用特別認(rèn)真地看就能發(fā)現(xiàn)，跟A類GPCR比起來，B類GPCR的上部就跟裂開了似的。事實(shí)上，B類GPCR的配體結(jié)合位點(diǎn)是已知所有GPCR中最寬、最深的，剛好適合容納處于α螺旋構(gòu)象中的短肽配體。

? ? 當(dāng)然了，只有配體結(jié)合位點(diǎn)還不夠，畢竟那么長一條短肽可不會(huì)自己乖乖地掉進(jìn)這個(gè)“坑”里，得有個(gè)家伙拉它一把才行?？赐暾牡哪憧隙ㄖ?，這個(gè)家伙就是B類GPCR的胞外結(jié)構(gòu)域，一個(gè)輔助結(jié)合配體的額外抓手。細(xì)致的結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)周圍不存在配體時(shí)，B類GPCR的胞外結(jié)構(gòu)域會(huì)扣在跨膜結(jié)構(gòu)域頭頂上，覆蓋住跨膜結(jié)構(gòu)域的配體結(jié)合位點(diǎn)，形成所謂的自閉“關(guān)閉”構(gòu)象。當(dāng)受體與配體結(jié)合并激活時(shí)，它的胞外結(jié)構(gòu)域就向上、向外移動(dòng)，自身與配體結(jié)合的同時(shí)暴露出跨膜結(jié)構(gòu)域上的配體結(jié)合位點(diǎn)，形成“開放”構(gòu)象。這一觀察結(jié)果多少印證了正文中提到的假說：配體先被胞外結(jié)構(gòu)域捕獲，然后轉(zhuǎn)交給跨膜結(jié)構(gòu)域。

? ? 因技術(shù)與能力限制，請(qǐng)前往原網(wǎng)頁以查看原文中所有超鏈接以及可互動(dòng)的JSmol文件。

? ? 強(qiáng)烈推薦去PDB-101官網(wǎng)查看原文，順便探索一下這個(gè)干貨滿滿的科普平臺(tái)。

作者：David S. Goodsell

原文網(wǎng)址：https://pdb101.rcsb.org/learn/structural-biology-highlights/glucagon-receptor

結(jié)構(gòu)生物學(xué)亮點(diǎn)文章目錄：https://pdb101.rcsb.org/learn/structural-biology-highlights/index

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RCSB PDB首頁：https://www.rcsb.org

封面圖出處：Mattedi, G., Acosta-Gutiérrez, S., Clark, T., and Gervasio, FL. A combined activation mechanism for the glucagon receptor. Proc Natl Acad Sci USA 117, 15414-15422 (2020). DOI: 10.1073/pnas.1921851117