【科技前沿】王明伟/柳红/杨德华合作揭示人松弛素家族肽受体4的配体识别机制

胰岛素超家族的成员通过两种类型的靶标特异性但结构保守的肽调节多效性生物过程，胰岛素/胰岛素样生长因子和松弛素/胰岛素样肽。后者与人松弛素家族肽受体（RXFPs）结合。

2023年1月30日，复旦大学王明伟、中国科学院上海药物研究所柳红、杨德华共同通讯在Nature Communications 在线发表题为“Ligand recognition mechanism of the human relaxin family peptide receptor 4 (RXFP4)”的研究论文，该研究揭示了人松弛素家族肽受体4（RXFP4）的配体识别机制。

该研究报告了 RXFP4-Gi蛋白质复合物在内源性配体胰岛素样肽5(INSL5)或两种小分子激动剂化合物4和 DC591053存在下的三种冷冻电镜结构。INSL5的B链采用单α-螺旋，穿透正位口袋，而A链位于正位口袋上方，揭示了一种先前未知的肽结合模式。结合诱变和功能分析，确定了决定拟肽激动性和亚型选择性的关键决定因素。总之，该研究的发现不仅为A类G蛋白偶联受体的配体识别和亚型选择性提供了见解，而且还扩展了胰岛素超家族信号机制的知识。

RXFP受体分别通过肽激素松弛素、胰岛素样肽3 (INSL3)，松弛素-3和胰岛素样肽5 (INSL5)发挥生理作用。这些多肽发挥多种作用，包括生殖、心血管适应、应激反应、代谢控制、结肠运动和行为过程，它们对各种疾病显示出治疗潜力。与RXFP1和RXFP2共享一个包含10个富亮氨酸重复序列(LRR)和一个独特的低密度脂蛋白A类模块(LDL-A) 的大细胞外结构域不同，RXFP3和 RXFP4具有不同的结合性质，具有相对较短的N端尾而不是LRR。它们在整体结构上具有43%的序列一致性，并通过百日咳毒素敏感Gαi/o蛋白抑制cAMP的产生。

RXFP4又称GPCR142或GPR100，主要分布于外周组织，结肠表达量最高。其内源性配体INSL5，由结肠L细胞分泌，最初被确定为肠促胰岛素，尽管存在一些争议。在INSL5或RXFP4缺陷小鼠中，它们的表达模式与葡萄糖和脂肪控制受损一起表明它们参与了能量代谢。INSL5也被描述为一种促食欲激素，RXFP4与结肠运动、结直肠癌和鼻咽癌有关。

胰岛素超家族中的配体识别（图源自Nature Communications ）

尽管取得了这些进展，但获得足够数量的天然INSL5的困难阻碍了进一步探索肽及其同源受体生物学的努力。由于relaxin-3也在体外结合并激活RXFP4，它已被用作替代配体来研究INSL5的潜在作用，这是由于它们共享的与胰岛素密切相关的三重结构，包括两条链和三个二硫键。除了肽类似物外，小分子调节剂近年来也有报道。化合物4是诺华确定的氨基腙基支架，是RXFP3/ RXFP4双激动剂。在体内，RXFP4和RXFP3之间的重叠表达模式以及它们不同的生理特性需要亚型特异性激动剂，这可能对不同的临床应用有价值。然而，通过高通量筛选活动和后续结构修改发现的选择性RXFP4激动剂在溶解性、效力和毒性方面表现出不足。这促使作者开发了对RXFP4具有更好亲和力和选择性的小分子激动剂(DC591053)。

该研究发现了三种Gi结合的RXFP4结构及其内源配体INSL5、RXFP3/RXFP4双激动剂化合物4和RXFP4特异性激动剂DC591053，全局分辨率分别为 3.19 Å、3.03 Å 和 2.75 Å。结合诱变和功能分析，该研究描述了以前在其他A类G蛋白偶联受体（GPCRs）中未看到的肽结合机制，并为RXFP4激动剂作为研究探针或候选药物的基于结构的设计提供了有用的信息。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36182-z

本文转载自公众号“iNature”

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