Mekanisme af virkninger af cholecystokinin-receptorer afsløret

Cholecystokinin (CCK) og gastrin er de tidligst opdagede gastrointestinale hormoner. De er de mest udbredte peptider i mave-tarmkanalen og centralnervesystemet, fungerer som fysiologisk vigtige hormoner og neurotransmittere gennem to CCK-receptorundertyper, CCKAR og CCKBR.

Disse to receptorer engagerer sig i fundamentale fysiologiske handlinger såsom mæthedsregulering, bugspytkirtelens enzymsekretion, og sammentrækning af galdeblæren. De er også involveret i adfærdsmæssige processer, herunder angst, hukommelse, og stofmisbrug. Imidlertid, udviklingen af ​​lægemidler mod cholecystokinin-receptorer (CCKR'er) er udfordrende hovedsageligt på grund af manglen på præcis strukturel information.

I to undersøgelser, begge offentliggjort i Naturens kemiske biologi , forskerholdet ledet af Jiang Yi, Wang Mingwei, H. Eric Xu, Zhao Qiang, og Wu Beili fra Shanghai Institute of Materia Medica fra det kinesiske videnskabsakademi og forskerholdet ledet af Zhao Suwen fra ShanghaiTech University, sammen afslørede mekanismerne for ligandgenkendelse, aktivering og G-proteinkoblingsspecificitet af CCKR'er.

Forskerne løste først tre krystalstrukturer af den menneskelige CCKAR i kompleks med to små molekyle antagonister (lintitript og devazepid) og en fuld agonist NN9056, samt fem kryo-elektronmikroskopi (cryo-EM) strukturer af CCK-8 aktiveret CCKAR i kompleks med tre G-proteiner (Gi, Gs, og Gq) og gastrinaktiveret CCKBR koblet til to G-proteiner (Gi og Gq). De belyste mekanismerne for CCKRs genkendelse af ligander, CCKRs aktivering, og G-protein promiskuitet af CCKAR, som alle giver grundlæggende information til lægemiddelopdagelse af CCKR'er.

Forskerne præsenterede derefter strukturerne af sulfateret CCK-8 bundet CCKAR i kompleks med Gq, Gs, og Gi heterotrimere ved globale opløsninger på 2,9 ångstrøm, 3,1 ångstrøm, og 3,2 ångstrøm, henholdsvis. De afslørede bindingsmåden for endogene peptid CCK-8, og fandt, at sulfo-tyrosin i CCK-8 var afgørende for høj affinitet af endogent peptid til CCKAR.

Konsekvent, forskerne fandt, at Gq-protein viste den mest potente koblingsaktivitet af CCKAR. Disse resultater understøttede Gq som den dominerende transducer af CCKAR og fremhævede vigtigheden af ​​grænsefladeområdet i G-proteinkoblingsselektivitet.

I øvrigt, forskerne rapporterede tre krystalstrukturer af CCKAR bundet til små molekylære antagonister og en peptidagonist, samt to cryo-EM-strukturer af Gi- og Gq-koblede CCKBR-komplekser. De afslørede bindingsmåden for CCKR'er af både peptid- og småmolekyleligander, og identificerede afgørende roller i genkendelsen af ​​CCKAR af devazepid og lintitript, giver således en skabelon til at designe lægemidler rettet mod CCKR'er.

Ved at kombinere de inaktive og aktive strukturer af CCKAR med den molekylære simuleringsanalyse, forskerne foreslog den trinvise aktiveringsproces af CCKAR.

Resultaterne af disse to undersøgelser gav den første indsigt i ligandgenkendelse og aktivering af de to CCK-receptorer og gav en ny mulighed for at designe lægemidler rettet mod CCKR'er.