分享ACS Central Science上的一篇文章，题目为Conformational dynamics of the activated GLP-1 receptor-Gs complex revealed by cross-linking mass spectrometry and integrative structure modeling。本文共两位通讯作者，分别为上海科技大学iHuman研究所研究员、生命学院常任副教授水雯箐和iHuman研究所副研究员孙立萍。水雯箐课题组的研究方向为膜受体蛋白家族开展配体筛选与功能蛋白质组学研究，孙立萍课题组的研究方向为生物大分子及全细胞建模。
G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors, GPCRs）作为整合膜蛋白，介导对外部刺激的大多数细胞响应，因此是目前最普遍的药物靶点。在信号转导过程中，GPCR的构象发生动态变化，进而实现从非激发态到激发态之间的功能变转换。通过表征信号转导过程中GPCRs同时存在的多种构象状态，进而揭示受体激活过程中的分子机制，是当前该领域研究中的一大挑战。目前，结构生物学技术的突破，使得大量GPCR结构得以成功解析。但是，以冷冻电镜（cryo-EM）为代表的结构研究手段，往往仅可解析一种或少数几种稳定性最高的构象，无法揭示例如介稳态、过渡态等存续时间更短的构象。在本文中，作者选择胰高血糖素样肽1受体（Glucagon-like peptide 1 receptor, GLP-1R）与Gs蛋白复合物作为研究对象，结合化学交联质谱（CLMS）与整合结构建模技术，获得蛋白复合物的动态结构系综，进而对DPCR信号转导过程的分子机制提供新的认识。
为了获得足够多的空间约束信息，作者联合使用五种具有不同残基选择性、交联半径的交联剂（BS3, DSG, EDC, PDH, KArGO）。基于GLP-1R-Gs复合物的冷冻电镜结构（PDB 6X18），作者首先验证了上述交联剂的可行性与互补性。随后，作者重组表达纯化了激发态下的GLP-1R- Gs复合物，分别使用五种交联剂进行处理，进行酶切与LC-MS/MS分析，最终获得了392对分子内交联残基对和67对分子间交联残基对，绘制GLP-1R- Gs复合物的交联位点图谱。与冷冻电镜结构进行对比，分别有46对分子内交联残基对以及23对分子间交联残基对违反了交联剂的距离约束条件。进一步，作者基于整合建模平台（https://integrativemodeling.org）将交联图谱数据转换为评分函数，使用蒙特卡洛搜索获得了GLP-1R- Gs复合物的844020个整合结构模型，并证实该结构模型群体能够更好地满足交联位点图谱的约束。
对上述结构模型群体的主成分分析（PCA）结果表明，Gs蛋白结构主要可以聚为三类。与冷冻电镜结构相比，所得到的结构模型群体展现出显著差异，其中，GLP-1R在H8螺旋、分子内环状结构（intracellular loops, ICL）上存在显著的结构变化，Gas在α5、αN结构上也存在明显变化。整体而言，上述变化可以扩展GLP-1R- Gs复合物中的相互作用界面。作者进一步对结构模型群体中不同蛋白亚基之间的非共价相互作用进行识别，并对残基对间相互作用的出现频率进行统计，选取仅在整合结构模型中观测到高频率残基间相互作用，最终验证了24对受体与G蛋白的互作位点对。上述位点的突变能够显著削弱GLP-1R介导的细胞信号转导，进而证实了区别于电镜结构的复合物功能态构象的存在。综上所述，本文创新性地结合交联质谱与整合建构建模技术，对GPCR的构象动态性展开研究，上述方法有望推动基于GPCR非经典构象的药物设计。文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscentsci.3c00063原文引用：DOI：10.1021/acscentsci.3c00063
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