2024年6月4日，中國科學(xué)院上海藥物研究所徐華強(qiáng)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)付偉團(tuán)隊(duì)，在Cell Research上發(fā)表了題為“Molecular basis of ligand recognition and activation of the human succinate receptor SUCR1”的最新研究成果，報(bào)道了人源SUCR1獨(dú)特的配體結(jié)合特征和激活機(jī)制，為開發(fā)新型靶向SUCR1的化合物奠定了基礎(chǔ)。

?圖1. 文章在線發(fā)表頁面。

以往研究發(fā)現(xiàn)，琥珀酸不僅是三羧酸循環(huán)重要的中間產(chǎn)物，其在調(diào)控線粒體氧化應(yīng)激的穩(wěn)態(tài)中扮演著重要角色，而這一功能主要是通過G蛋白偶聯(lián)受體家族中的重要成員SUCR1介導(dǎo)。 SUCR1也被稱為GPR91，2004年發(fā)表在Nature的一篇文章證實(shí)了琥珀酸是它的內(nèi)源性配體。后續(xù)十幾年的研究發(fā)現(xiàn)，該受體的激活與肝纖維化、高血壓和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等密切相關(guān)。因此，深入研究SUCR1的配體識(shí)別機(jī)制和激活機(jī)制，對(duì)于理解其生理功能并開發(fā)靶向SUCR1的藥物具有重要意義。

本項(xiàng)研究中，研究人員利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)，分別解析了SUCR1被琥珀酸、馬來酸及compound 31激活，并偶聯(lián)下游G蛋白復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，分辨率分別為2.75埃，2.69埃和2.48埃（圖2a）。結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，在琥珀酸和SUCR1的復(fù)合物結(jié)構(gòu)中，琥珀酸兩端親水性的羧基和Y30^1.39、Y83^2.64形成氫鍵，和R99^3.29、R281^7.39形成離子鍵，而中間烷基的部分和周圍氨基酸形成疏水相互作用。將結(jié)合口袋中關(guān)鍵的殘基如Y30^1.39、L79^2.60、Y83^2.64、R99^3.29、R281^7.39、L102^3.32等突變成丙氨酸均明顯降低了配體的活性，證實(shí)了它們?cè)阽晁峤Y(jié)合和受體活化中的重要作用。馬來酸和琥珀酸結(jié)構(gòu)相似，它們?cè)赟UCR1的結(jié)合口袋也非常相似（圖2c-f）。compound 31是一種人工合成的高效SUCR1激動(dòng)劑。在compound 31和SUCR1的復(fù)合物結(jié)構(gòu)中，研究人員發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)結(jié)合口袋。compound 31的“琥珀酸”部分和琥珀酸、馬來酸的結(jié)合口袋幾乎一致，而“雙環(huán)”部分使R99^3.29的側(cè)鏈發(fā)生偏轉(zhuǎn)，然后延伸到一個(gè)新的口袋中，這種獨(dú)特的結(jié)合模式可能是compound 31和琥珀酸、馬來酸相比更能有效激活SUCR1的原因。關(guān)鍵氨基酸殘基的功能突變，如Y30^1.39A、L79^2.60A、N98^3.29A等，能明顯減弱配體的激活效應(yīng)（圖2g-j），表明這些相互作用對(duì)于配體識(shí)別的重要作用。

三種復(fù)合物的整體構(gòu)象較為相似，均捕捉到了SUCR1的激活構(gòu)象—胞內(nèi)端TM6外移而TM7內(nèi)移，形成與Gi蛋白C末端α5螺旋交互的空腔，體現(xiàn)了SUCR1與Gi蛋白偶聯(lián)的經(jīng)典GPCR活化模式（圖2k-m）?；罨^程中，配體和疏水殘基L102^3.32、F285^7.43形成疏水相互作用，推動(dòng)F285^7.43下移并與L106^3.36、F245^6.48等殘基緊密作用，最終引發(fā)TM6的整體外移，從而完成SUCR1受體活化過程（圖2n）。以上結(jié)果系統(tǒng)闡釋了SUCR1的活化機(jī)制，并揭示了其與不同配體分子結(jié)合的微觀細(xì)節(jié)，為開發(fā)新型靶向SUCR1的化合物奠定了基礎(chǔ)。

本研究中的冷凍電鏡數(shù)據(jù)由上海藥物所高峰電鏡中心收集。上海藥物所、上海科技大學(xué)和臨港實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生李昌耀、上海藥物所博士后劉恒和南京中醫(yī)藥大學(xué)碩士研究生李靜茹為該論文的共同第一作者。上海藥物所徐華強(qiáng)研究員和復(fù)旦大學(xué)付偉教授為共同通訊作者，上海藥物所為第一完成單位。該工作獲得了包括上海市市級(jí)科技重大專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金委、國家重大科技專項(xiàng)、國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃等經(jīng)費(fèi)的資助。

圖2. SUCR1分別結(jié)合內(nèi)源性配體琥珀酸、馬來酸，以及外源性配體compound 31，和Gi蛋白復(fù)合物的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)和分子基礎(chǔ)。a. SUCR1的G蛋白冷凍電鏡結(jié)構(gòu)；b. SUCR1和GPR84的結(jié)構(gòu)比較；c-l. SUCR1的配體識(shí)別機(jī)制；m-n. SUCR1的激活機(jī)制。

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