结合小分子拮抗剂的人5羟色胺1B受体的晶体结构研究

G protein-coupled receptors (GPCRs), which comprise one of the largest family of drug targets, are closely associated with serious human diseases, and have broad prospects for drug discovery. However, there are very few GPCR available for drug development, because of scarcity of GPCR structure knowledge. Therefore, the three-dimensional GPCR crystal structures are not only important for understanding signal transduction of GPCR, but also important for rational design of drugs targeting GPCRs. We have established baculovirus expression system for GPCRs, as well as systematic methods for protein purification and crystallization. In this project, We will focus on determining crystal structure of the human 5-hydroxytryptamine receptor 1B (HTR1B) complex with antagonists，which help to clarify the binding mode of small molecule antagonists. This project will overcome the bottleneck of membrane protein expression, purification and crystallization, and shed light on the HTR1B-targeted drug discovery.

G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors, GPCR）与人体重大疾病密切相关，是目前最大的一类药物靶点，具有广阔的研发前景。然而，目前只有极少数GPCR用于药物市场开发，这是由于GPCR结构信息的缺失极大地限制了靶向GPCR药物的研发。因此，GPCR三维晶体结构的解析具有重要的理论意义和不可估量的实际应用价值。本项目拟基于成熟的昆虫杆状病毒蛋白表达系统，完善的蛋白质纯化及晶体学研究平台，突破膜蛋白难以表达、纯化和结晶的瓶颈，解析人5羟色胺（5-hydroxytryptamine receptor， 5-HT）受体1B亚型（5-HT1B）与小分子拮抗剂结合复合物的晶体结构，同时阐明5-HT1B受体与其小分子拮抗剂的结合模式及其信号传导的结构基础，为靶向5-HT1B受体乃至整个5-HT受体家族的药物提供重要的理论依据和结构模型。

本研究运用X射线晶体学的方法，在国际上首次解析了人五羟色胺受体抑制构型的晶体结构——5-HT1B受体与小分子抑制剂梅赛平（MT）的复合物结构。本研究：（1）首次通过引入22个表面突变，将膜蛋白结晶辅助蛋白BRIL改造为OB1，提高了5-HT1B受体融合蛋白与MT复合物的晶体衍射分辨率，表明OB1作为新的结晶融合蛋白在膜蛋白结构解析中具有广泛的应用前景；（2）第VI跨膜螺旋和若干保守氨基酸侧链的位移等关键结构特征表明5-HT1B/MT复合物结构呈现典型的受体抑制构型；（3）MT仅结合在5-HT1B受体更大更深的疏水内源性结合口袋，不占据扩展结合口袋，且与受体无极性相互作用，这是造成MT低选择性的结构基础；（4）MT的刚性母核相对麦角胺ergoline环的偏移等因素可能介导跨膜螺旋位移和受体激活。综上，本项研究为揭示5-HT1B受体-配体选择性识别和5-HT1B受体激活的分子机制奠定了坚实的结构基础，为5-HT1B受体靶向药物的开发提供了重要的理论依据。同时，负责人解析获得的Gαi1β1γ2异源三聚体的晶体结构，为进一步解析5-HT1B受体与Gi蛋白复合物的晶体结构奠定了坚实的物质基础。