Cell Res | 哈尔滨工业大学何元政团队发现FFAR4活化及G蛋白偶联选择性的结构基础

众所周知，Omega (ω)-3脂肪酸对健康有多种有益作用，包括抗炎症、增强葡萄糖摄取和促进大脑发育ω-3脂肪酸的作用主要由游离脂肪酸受体4 (FFAR4，又称GPR120)介导。

2023年6月7日，哈尔滨工业大学何元政团队在Cell Research（IF=46）在线发表题为“Structural basis of omega-3 fatty acid receptor FFAR4 activation and G protein coupling selectivity”的研究论文，该研究揭示了Omega-3脂肪酸受体FFAR4活化及G蛋白偶联选择性的结构基础。

考虑到FFAR4在维持代谢稳态中的重要性和治疗糖尿病的潜力，该研究解决了天然配体DHA结合的FFAR4与miniGs和miniGsq复合物，合成激动剂gw9508结合的FFAR4与miniGsq复合物的冷冻电镜结构。在R332G.H5.05和F333G.H5.06之间插入4个丙氨酸残基(4A)的全长Gαq复合物中选择性合成配体TUG-891结合的FFAR4，其分辨率分别为3.06 Å， 3.07 Å， 3.1 Å和2.95 Å。TUG-891结合的FFAR4/Gq复合物最显著的特征是整个Gαq亚基的可见性，包括α螺旋结构域(AHD)、Ras-样结构域和两个结构域之间结合的GDP分子。该已经还观察到Gq-和miniGsq-偶联复合物的FFAR4中有完整的细胞内环3 (ICL3)密度，而在miniGs结合的FFAR4复合物中没有这一特征。

Gq-、miniGsq-和miniGs-偶联的FFAR4复合物在受体侧是相似的。该口袋主要是疏水和中性的，与其内源性配体DHA的亲脂性很好地匹配。GW9508、TUG891和DHA在配体结合口袋中均采用相似的“>”形状。TUG891和GW9508的骨架上都有3个芳香环，周围是疏水残基，特别是苯丙氨酸和色氨酸，在配体结合袋内形成了一个巨大的π -π相互作用网络。类似地，DHA的多不饱和酰基链被埋在相同的π -π相互作用网络中。值得注意的是，C4、C7、C13和C19的双键分别与F27N-term、F3037.35、F882.53和F2115.42密切接触。与FFAR4和FFAR1的双配体GW9508相比，FFAR41的选择性激动剂TUG-891在第二芳环的C11处有一个氟(F)原子，这使得第二芳环和第三芳环与F882.53和I2806.51有更紧密的接触)。在配体结合袋的胞外入口处，GW9508和TUG-891的羧基与W198ECL2发生氢键相互作用，并被N291ECL3、E2045.35和D2085.39包围。同样，DHA的羧基头与N291ECL3、E2045.35和D2085.39密切接触。

FFAR4活化和G蛋白选择性的结构基础（图源自Cell Research ）

研究人员比较了H1R、ghrelin受体、5 -羟色胺受体2A (HT2A)和毒碱乙酰胆碱受体1 (M1)与FFAR4的Gq/11结合情况，发现FFAR4与Gαq/11的Ras-样结构域接触最密切，并且是唯一一个显示完整ICL3的结构域。FFAR4与Gq的紧密接触以及细胞内高浓度的内源性配体(即aLa和亚油酸)导致FFAR4具有高的内在活性来激活细胞内的Gq信号。事实上，实验显示FFAR4在AD293细胞中具有高度的自主活性。作者还使用了转化生长因子-α (TGF-α)脱落试验来研究配体结合口袋中残基对FFAR4内在活性的贡献。数据显示，F882.53a降低了FFAR4的自主活性，这与aLa的对接模型一致。有趣的是，F882.53在TUG-891的识别中也起着关键作用，但在GW9508的结合中不起作用，这表明F882.53在识别不同配体中起着至关重要的作用。

综上，该研究揭示了DHA的结合模式、Gs偶联信息，最重要的是，揭示了全长Gq接合的结构信息，以便更好地了解FFAR4的Gq偶联选择性。TUG-891结合的FFAR4/Gq复合物与已报道的TUG-891结合的FFAR4/Giq复合物的叠加显示出相似的总体结构。该研究为理解FFAR4信号和G蛋白偶联选择性奠定了基础。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41422-023-00835-x

转自：“iNature”微信公众号

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