來源:iNature Life(ID:iNature_Lifes)
胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)受體是一個經過驗證的治療代謝性疾病的藥物目標。Ago-allosteric調節劑既能作為自身的激動劑,也能作為正交配體的功效增強劑發揮作用。然而,Ago-allosterism的分子細節仍然難以捉摸。
2021年6月18日,來自復旦大學王明偉、中科院上海藥物所徐華强和浙江大學醫學院張岩等研究團隊在NatureCommunications上線上發表了題為“A pig BodyMap transcriptomereveals diverse tissue physiologies and evolutionary dynamics of transcription”的研究論文,報告了GLP-1R與前體調節劑、GLP-1和LY3502970(一種小分子激動劑)結合的三個低溫電子顯微鏡結構。
作為最著名的B1類G蛋白偶聯受體(GPCRs)之一,胰高血糖素樣肽-1受體(GLP-1R)是一個經過臨床驗證的治療2型糖尿病和肥胖症的藥物目標。儘管取得了治療上的成功,但現時可用的GLP-1R激動劑並不理想,因為皮下注射造成的病人依從性差,還有一些副作用,如噁心和嘔吐。
多年來,人們一直在追求GLP-1類比藥的口服,其中semaglutide是第一個也是唯一一個進入臨床的類比藥,儘管它的生物利用度低,而且經常出現胃腸道不適。囙此,開發口服活性小分子GLP-1R調節劑仍然是一個有吸引力的戰畧,並且有幾個化合物已經進入臨床試驗。
在學術界和工業界的巨大興趣的推動下,GPCR結構生物學的科學進展使16個GLP-1R結構被解析。2017年,報告了兩個與負异生調節劑(NAMs)結合的非活性結構,一個與截斷肽激動劑結合的中間結構,以及一個與GLP-1和异三聚體Gs複合的活性結構。隨後又報導了8個與肽(GLP-1和exendin-P5)、非肽類激動劑(TT-OAD2、PF-06882961、CHU-128、RGT1383和LY3502970)和正向异生調節劑(PAM)LSN3160440複合的G蛋白結合結構,以及一個無肽apo狀態和三個熱穩定的跨膜域(TMD)結構。它們顯示了多樣化的構象,揭示了配體識別和GLP-1R啟動的關鍵資訊。結合功能、藥理和計算數據,這些研究顯示了小分子和肽類配體之間正交結合袋的不同位置和不同構象。
通過PAMs進行異體調控,與內源性配體的正位點不同的地方結合,並以非競爭性的管道增强激動劑的活性,這是一種多肽治療的替代方法。以前的研究表明,GLP-1R的幾種PAMs,如最有特色的親電化學型化合物BETP和取代的喹喔啉化合物2(6,7-二氯-3-甲磺醯基-2-叔丁基氨基-喹喔啉),能够啟動或促進受體的啟動。
除了新增GLP-1的結合親和力外,化合物2本身也起著激動劑的作用,囙此被歸類為GLP-1R的前體調節劑(前PAM)。具體來說,在沒有正交配體的情况下,化合物2在cAMP反應中顯示出强烈的部分激動作用(GLP-1的80% Emax),在pERK1/ 2中顯示出弱的部分激動作用,並且沒有檢測到鈣動員反應。由於較弱的β-arrestin招募(GLP-1的30-50% Emax),它還引起比GLP-1更少的GLP-1R內化。
作為一種PAM,化合物2引起GLP-1和oxyntomodulin的親和力的濃度依賴性新增,並以探針依賴的管道誘導偏向性訊號。此外,據報導,化合物2還能調節由小分子激動劑(包括Boc5、BMS21和TT15)引起的cAMP反應。雖然在結構和功能上是獨特的,但由於其親電性,該化合物的藥代動力學特性較差,排除了潜在的臨床開發。
有趣的是,BETP和化合物2的活性需要一個完整的細胞外結構域(ECD),儘管這種要求的基礎仍然未知。這一明顯的特徵促使以化合物2為工具,在肽類和非肽類配體的背景下,研究其前膠體的結構基礎。
在此,該研究報告了人類GLP-1R-Gs與化合物2單獨、與化合物2和內源性肽類激動劑GLP-1、或與化合物2和小分子激動劑(LY3502970)複合時的高解析度冷凍電子顯微鏡結構。本研究獲得的結構資訊為化合物2發揮前體作用的分子機制及其與藥物發現的相關性提供了寶貴的見解。
參考文獻:
https://www.nature.com/articles/s41467-021-24058-z#Sec1
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