再登Nature!澳门新葡新京娱乐场iHuman探究团体解析“趋化因子受体又合物”三维结构,助力抗癌药物研发

ON2020-07-02CATEGORY科研进展

澳门新葡新京娱乐场iHuman探究所的科研团体在人体趋化因子系统信号转导探究领域取得重大突破,胜利破解了趋化因子受体CXCR2 (CXC chemokine receptor 2)跟趋化因子白细胞介素IL8 (Interleukin 8)及下游信号转导分子G蛋白三元又合物的冷冻电局玲构,同时还解析了CXCR2跟潜在癌症治疗药物分子又合物的晶体结构。该项探究首次揭示内源性蛋白配体激活G蛋白偶联受体(GPCR)的新机制,为精准的新型抗癌药物设计开启新篇章。该成果以“Structure basis of CXC chemokine receptor 2 activation and signaling”为题,于北京时间7月1日23点发表在国际顶尖学术期刊《自然》(Nature)。

该论文的第一作者是澳门新葡新京娱乐场生命科学跟技术学院2015级探究生刘凯雯, iHuman探究所执行所长、生命学院教授刘志杰及iHuman探究所独立PI华甜探究员是论文的共同通讯作者,澳门新葡新京娱乐场是第一完成单位。值得一提的是,刘志杰课题组长期聚焦GPCR的调控机制,系统性探究跟重大疾病相关GPCR的结构跟功能关系,这是其课题组在《细胞》(Cell)和《自然》(Nature)上发表的第七篇重磅探究成果。

人体中有近50个趋化因子和20多种趋化因子受体,一种趋化因子可以结合多种不同的趋化因子受体,反之亦然。它们的相互作用构成了又杂的调控网络,介导细胞迁移,跟炎症和癌症的发生发展密切相关。趋化因子IL-8可作用于G蛋白偶联受体CXCR2,招募下游信号蛋白并激活第二信使介导的信号传递。CXCR2趋化中性粒细胞、T、B等淋巴细胞的游走、脱颗粒等一系列生物学效应,在炎症、细胞发育和肿瘤细胞的趋化等方面发挥重要作用。大量探究表明,IL8/CXCR2作为肿瘤相关炎症环境的重要成分,能诱导靶细胞趋化性迁移,促进血管生成,影响肿瘤细胞的增殖、存活和运动,对胰腺癌、乳腺癌、结直肠癌等多种恶性肿瘤的微环境构建跟调控至关重要。因此,CXCR2是治疗免疫类疾病、癌症等的重要靶标。

对趋化因子IL8及其受体CXCR2的结构和相互作用机制的深入探究,不仅可以揭示GPCR跟内源性细胞因子结合并被其调控的结构模型,还有助于相关抗癌症药物的研发。澳门新葡新京娱乐场iHuman刘志杰团体通过长期刻苦攻关,首次利用冷冻电镜技术胜利解析了CXCR2跟两种形式的内源性配体IL8及下游Gi又合物的三维结构,分辨率分别为 3.5 ?(二聚体IL8)和3.4 ? (单体IL8)。两种结构从原子水平揭示了内源趋化因子IL8独特的浅口袋结合模式和对受体的激活机制,以及结合IL8状态下的CXCR2跟Gi蛋白的互作模式和下游信号转导机制。“目前,对于内源性趋化因子调控趋化因子受体以及受体跟下游信号蛋白的互作机制非常缺少,严重限制了人们对新型癌症治疗药物的精准设计,我们很愉快能实现这一突破。”文章第一作者刘凯雯说。

作为共同通讯作者的华甜探究员补充道:“在该篇论文中,我们报道了CXCR2分别在拮抗和激活两种状态下的三维精致结构,通过结构和功能比较分析揭示了CXCR2受体的调控机制,为探索趋化因子受体家族的激活机制和相关多肽、抗体类拮抗药物设计提供了坚实的理论和实验基础。”

“该探究成果是我们在GPCR信号转导又合物结构及机制的探究中的又一重要突破。我们后续也将开展基于CXCR2的抗癌药物设计跟研发,实现基础探究和转化应用的有效结合。”刘志杰教授说。

参跟该项探究的还有中科院深圳先进技术探究院计算机辅助药物设计中心的袁曙光课题组、澳门新葡新京娱乐场iHuman探究所赵素文课题组以及澳门新葡新京娱乐场膜蛋白线站平台和iHuman探究所的功能探究平台的科研人员。该探究中冷冻电镜数据在澳门新葡新京娱乐场生物电镜中心收集,iHuman探究所真核细胞表达平台、基因克隆平台、蛋白纯化平台、功能探究平台的任务人员为该项探究提供了峭的技术支持。该探究同时获得了科技部、国家自然科学基金委及上海市政府的经费支持。

文章链接:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2492-5

图1:IL8激活CXCR2趋化T细胞至癌细胞过程的艺术展示图(由Julie Liu设计绘制)

图2:(a) 分别跟单体和二体IL8结合的CXCR2跟Gi又合物的电局玲构,以及CXCR2跟拮抗剂结合的晶体结构; (b) CXCR2的激活机制卡通展示图; (c) 跟二体IL8结合的CXCR2结构剖面图。

iHuman刘志杰探究团体

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