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北京大學雷曉光團隊與合作者闡明離子通道蛋白TRPV4小分子抑制劑的結(jié)構藥理學基礎

來源:北京大學      2024-05-10
導讀:瞬時感受器電位香草酸受體4(Transient Receptor Potential Vanilloid 4,TRPV4)是瞬時受體電位離子通道家族的成員之一,屬于非選擇性陽離子通道。TRPV4廣泛分布于大腦、心臟、肝臟、肺部、腎臟、胰腺、卵巢、骨組織以及皮膚表面,可以被機械刺激、低滲透壓、溫度等理化刺激激活。TRPV4在調(diào)節(jié)大腦對系統(tǒng)滲透壓的功能中發(fā)揮作用,參與血管功能、肝臟、腸道、腎臟和膀胱功能、皮膚屏障功能、骨骼的生長和結(jié)構完整性、關節(jié)功能、氣道和肺功能、視網(wǎng)膜和內(nèi)耳功能,以及疼痛等多個方面。TRPV4基因突變與骨發(fā)育不良、早期骨關節(jié)炎和神經(jīng)運動功能障礙等多種遺傳性疾病相關,例如為人熟悉的蘇格蘭折耳貓中發(fā)生的TRPV4突變,表現(xiàn)為遺傳性的蘇格蘭折耳貓軟骨發(fā)育不良綜合征(Scottish Fold Osteochondrodysplasia,SFOCD)。SFOCD影響前肢遠端、后肢遠端和尾部的形態(tài),導致軟骨纖維化和關節(jié)逐漸受損。

物研究結(jié)果表明,TRPV4 拮抗劑在水腫、疼痛、胃腸道疾病和肺部疾?。ㄈ缈人?、支氣管收縮、肺動脈高壓和急性肺損傷)方面具有治療潛力。因此,開發(fā)TRPV4的拮抗劑具有較大的臨床價值。目前有多家國際知名制藥企業(yè)如:Bayer, GSK都在積極地針對TRPV4開發(fā)小分子候選藥物,并且推進到人體臨床試驗一期、二期。然而截止目前,人們對于TRPV4拮抗機制的分子機制仍然知之甚少。在該研究中,雷曉光團隊解析了人源TRPV4與兩種高親和力拮抗劑復合物的冷凍電子顯微鏡結(jié)構,揭示了TRPV4的詳細結(jié)合口袋和調(diào)節(jié)機制。研究發(fā)現(xiàn)兩種拮抗劑均與電壓感應樣結(jié)構域(VSLD)結(jié)合,并穩(wěn)定通道處于閉合狀態(tài)。需要特別指出的是,這兩種拮抗劑使TRPV4明顯從四重對稱過渡到二重對稱,而其中拮抗劑A1的結(jié)合使得TRPV4發(fā)生了較大的擠壓變形,此現(xiàn)象在其他TRPV家族成員中有報道,但在TRPV4中是首次被發(fā)現(xiàn)。并且團隊還發(fā)現(xiàn)拮抗劑A2與傳統(tǒng)的VSLD口袋不同,相對于A1,其結(jié)合位置明顯靠近蛋白外側(cè),被稱為VSLD的擴展口袋。結(jié)合電生理實驗和分子動力學模擬結(jié)果,該研究提供了關于小分子拮抗劑調(diào)節(jié)TRPV4的關鍵機制見解,有助于未來針對TRPV4的創(chuàng)新藥物開發(fā)。該工作是雷曉光教授課題組前期發(fā)表的同家族離子通道蛋白TRPV3工作之后(Nature Chemical Biology 202319, 81-90),在靶向離子通道蛋白的結(jié)構藥理學和新藥開發(fā)方向上做出的又一重要科研成果。該工作以“Structural Pharmacology of TRPV4 Antagonists”為題發(fā)表在國際期刊 Advanced Science 上(DOI: 10.1002/advs.202401583)。

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大-清華生命科學聯(lián)合中心、北京大學化學與分子工程學院雷曉光教授、北京大學醫(yī)學部藥學院黃卓教授以及雷曉光團隊副研究員范俊萍博士是論文的共同通訊作者。北京大學化學與分子工程學院范俊萍博士、北京大學醫(yī)學部藥學院郭暢博士為該文共同第一作者。陽光安津生物醫(yī)藥公司的廖道紅博士、雷曉光課題組博士研究生柯翰、謝文軍、博士后唐毓良,以及日本國立生理科學研究所的富勇真琴(Makoto Tominaga)教授和其課題組的雷晶博士為該研究中做出了重要貢獻。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、北京分子科學國家研究中心、北大-清華生命科學聯(lián)合研究中心、新基石基金會等項目和單位的資助。相關的分子動力學模擬在北京大學高性能計算平臺上完成。同時,我們也感謝生物物理所冷凍電鏡平臺對該研究提供的冷凍電鏡支持。

原文鏈接:http://doi.org/10.1002/advs.202401583


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