VLGR1偏向性信号转导的结构基础及动态构象变化

G protein-coupled receptors (GPCRs) comprise the largest known membrane protein family encoded by the human genome, and regulate most physiologic processes in humans. Recent studies have found that G protein-coupled receptor VLGR1 plays an important role in the pathogenesis of hearing loss and is expected to the new drug target for the treatment of deafness-related diseases. Our previous work has revealed that VLGR1 contributes to the development of auditory cilia through Gi and beta-arrestin-1 signaling pathways, but the conformational change and the structural basis of their interaction remain unknown. In this study, we plan to use fluorine-19 nuclear magnetic resonance spectroscopy (19F-NMR) and cryo-electron microscopy (Cryo-EM) to investigate the structural basis and its dynamic conformation change between VLGR1 and different downstream signal transducers. Our studies will pave the way for further understanding the biased signal transduction mechanism of GPCRs and advance in biased drug discovery.

G蛋白偶联受体是目前已知的人类基因组中最大的一类跨膜蛋白，它调控着生物体的大部分生理功能。最近的研究发现G蛋白偶联受体VLGR1在耳聋发病过程发挥着重要的作用，可能成为治疗耳聋相关疾病新的药物靶点。我们的研究发现VLGR1可以通过Gi及β-arrestin 1 两条不同的信号转导途径在听纤毛发育过程中发挥作用，但是VLGR1与他们结合过程中构象变化机制及相互作用的结构基础却是未知的，因此本研究拟利用19F-NMR及冷冻电镜技术，研究VLGR1与不同的下游信号转导分子结合过程中的动态构象变化机制及结构基础，为深入理解GPCR的偏向性信号转导机制及靶向偏向性信号途径的药物开发提供依据。

耳聋是影响人类健康的最重要疾病之一。本研究旨在分析ADGRV1在听觉毛细胞中的作用机制，为开发ADGRV1治疗耳聋的药物提供依据。我们发现ADGRV1的突变体Y6236fsX1破坏了它和踝关节复合体（ALC）之间的相互作用，导致立体纤毛紊乱和机械-电传导（MET）缺陷。重要的是，ADGRV1通过区域Gi信号抑制WHRN磷酸化，进而通过局部信号区隔调节USH2A的泛素化和稳定性，而突变体Y6236fsX1却失去了该功能。利用酵母双杂交筛选方法，我们鉴定了与WHRN结合的E3连接酶WDSUB1，发现VLGR1组成性的激活Gi-cAMP信号通路，区域性调控下游PDZ蛋白WHRN的磷酸化状态，抑制E3泛素连接酶WDSUB1的招募，从而维持踝联结另一重要组分USH2A的蛋白稳定性。而VLGR1-Y6236fsX1突变由于无法和WHRN形成功能性复合物，从而导致WDSUB1活性增强和USH2A的泛素化加剧，加速踝连接复合物的降解和静纤毛的发育障碍。我们的研究结果阐明了踝联结复合物的动态调控机制和信号转导功能，揭示了VLGR1-Y6236fsX1突变导致耳聋的分子机制，为听力损失相关患者的诊疗提供了潜在的新思路。.此外，我们还揭示了胆汁酸受体的配体识别机制以及痒和力的感知机制。这些是GPCR领域的重要工作。在该基金的支持下，共发表了9篇论文，包括Nature (X3)、PNAS、 Nature Communications等高影响力期刊。