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孤儿G蛋白偶联受体GPR52负向别构调控剂设计和机制研究

批准号:
22107072
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
吴屹然
依托单位:
学科分类:
生物体系分子探针
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴屹然

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
G蛋白偶联受体(GPCR)是一大类位于细胞膜的蛋白质受体,在人体中有800多个成员,是最大的一类药物靶标。目前GPCR中有100多个孤儿受体,即内源性配体尚未确定。许多孤儿受体具有重要功能,但如何参与生理过程仍不清楚,是目前GPCR研究的难点之一。GPR52是一个近年来受到重视的孤儿受体,在中枢神经系统中具有重要的调控作用,抑制其信号通路具有治疗亨廷顿病的前景,但目前其拮抗剂报道较少。2020年,GPR52的高分辨率结构得到解析,为基于结构的药物提供了基础。本项目拟采用计算生物学方法结合实验手段,1) 针对于胞内界面进行负向别构筛选;2) 对发现的活性分子进行结构改造和机制研究。项目的开展,将为研究孤儿受体的信号通路转导提供理论基础,并为亨廷顿病药物的研发提供新的起点。
英文摘要
G protein-coupled receptors (GPCRs) belong to a large family of protein receptors located on cell membrane. There are over 800 GPCRs in human body, forming the largest family of drug target. Currently, for more than 100 GPCRs, the endogenous ligands are not identified, and they are called orphan GPCRs. Many orphan GPCRs play key roles in human body, but how they participate in physiological processes is unknown, and this is a difficult point in study of GPCRs. GPR52 is an orphan GPCR received much attention in recent years for its important regulatory function in central nervous system. Inhibiting GPR52 signaling pathway might be a therapy for Huntingtin's disease, however there are very few reports of GPR52 antagonists. In 2020, high-resolution structures of GPR52 were reported, providing basis for structure-based drug design. In this project we planned to use computational biology methods combining experimental techniques, 1) To discover negative allosteric modulators binding at GPR52 cytoplasmic surface; 2) To increase the activity of the negative allosteric modulators through structural optimization and to study their mechanisms. Development of this project will bring insight for the signal transduction of orphan receptors, and provide new starting points for drugs discovery against Huntingtin's disease.
G蛋白偶联受体(GPCR)是一大类位于细胞膜的蛋白质受体,能够识别多种来自细胞外的信号。许多基本生理过程依赖于GPCR介导的细胞信号通路,因此GPCR与许多疾病密切相关,是约34%上市药物的靶标。..孤儿受体是目前GPCR研究的难点之一。孤儿受体即内源性配体尚未确定的受体蛋白,目前GPCR中有100多个孤儿受体。通常,孤儿GPCR与研究GPCR的模型体系序列相似度很低,其分子机制和功能研究都比较困难。..孤儿受体GPR52和GPR21构成A类GPCR中的一个家族,它们高度同源,序列全同性为71%。然而但具有不同的生理功能和成药意义:GPR52主要在大脑的纹状体中表达,能够调控多巴胺受体D2的信号通路,具有治疗精神疾病和亨廷顿病的意义;GPR21广泛表达,与2型糖尿病和炎症相关。目前已知的GPR52激动剂均不能激活GPR21。..在先前对GPR52结构解析的基础上,我们对GPR21进行结构解析和功能研究。我们发现GPR21具有与GPR52相似的自激活机制,也具有有别于GPR52的特征:决定GPR52/GPR21配体结合的关键部分是受体的N端;GPR21和GPR52在激活时都发生跨膜螺旋6胞内端无序化的,而激活态的GPR21的构象与GPR52非激活态相似。这些研究显示孤儿受体拥有与GPCR公共激活机制不同的作用机理,加深了我们对GPCR作用机制的理解。并指导药物发现,具有巨大的潜在应用价值。..大麻素受体CB1在中枢神经系统中具有重要作用,是大脑中含量最高的GPCR。CB1激活态与非激活态结构中F200 (3.36)和W356 (6.48)侧链位置发生交换,为特殊的激活机制。我们使用分子动力学模拟,对CB1野生型和F200A/W356A突变体的去激活过程进行模拟,发现F200/W356侧链交换是激活过程的能量壁垒,CB1的激活过程从胞外向胞内逐步发生,N端构象变化是对激活过程的第一步。对CB1与多种配体的分子动力学表明,配体的效能与其稳定F200/W356构象的能力相关。通过对A类GPCR进行残基接触打分分析,发现3.36/6.48侧链位置交换还出现于黑皮质素受体4中,表明这一特殊机制并不是CB1独有的。这些研究加深了我们对GPCR激活机制的认识,为针对CB1的药物开发提供了理论基础。
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