基于自由电子激光的AT1R磷酸化调控机制研究与偏向性化学干预

Angiotensin II type 1 receptor (AT1R) is a membrane-bound G protein-coupled receptor (GPCR) and an important target for cardiovascular drugs. AT1R phosphorylation could activate the biased β-arrestin signaling, to lower the blood pressure and protect the heart. The applicant previously determined the first three-dimensional structure of AT1R, using the serial femtosecond crystallography (SFX) based on the X-ray free electron laser (XFEL), which revealed the mechanisms of anti-hypertensive drugs on AT1R. However, the mechanisms of AT1R phosphorylation and biased β-arrestin signaling are still elusive, preventing the drug research on the biased chemical intervention on AT1R phosphorylation. The applicant proposes to determine the dynamic structure of phosphorylated AT1R in complex with β-arrestin and biased chemical probes using XFEL, and reveal the regulatory mechanisms and roles of AT1R phosphorylation and β-arrestin signaling using cellular pharmacology and molecular dynamics, which are expected to facilitate the biased chemical intervention targeting the AT1R phosphorylation.

1型血管紧张素II受体（AT1R）是一类G蛋白偶联受体（GPCR）膜蛋白和重要的心血管药物靶标。AT1R磷酸化修饰后能偏向性地激活β-arrestin信号通路，在降低血压的同时，还可起到心肌保护的作用。申请人前期应用基于自由电子激光（XFEL）新技术的连续飞秒晶体学（SFX）方法，首次解析了AT1R的三维结构，揭示了降血压药物作用于AT1R的分子机制，但是AT1R磷酸化修饰与偏向性调控β-arrestin信号通路的分子机制还不清楚，限制了偏向性干预AT1R磷酸化修饰的药物研究。申请人计划借助偏向性化学探针，应用自由电子激光技术进一步解析磷酸化修饰的AT1R与β-arrestin复合物的动态结构，结合细胞药理学和分子动力学等手段，揭示AT1R磷酸化修饰的调控机制，阐明其在β-arrestin信号通路中的重要作用，为基于AT1R磷酸化动态修饰的偏向性化学干预奠定基础。

生物大分子的动态化学修饰在细胞命运的调控中扮演了关键角色，并对疾病的发生和发展起着决定性的作用。血管紧张素受体AT1R是一类G蛋白偶联受体（GPCR）膜蛋白和重要的心血管药物靶标。本项目通过研究偏向性探针-AT1R复合物结构、AT1R磷酸化修饰对β-arrestin信号通路的调控机制、基于AT1R磷酸化修饰的偏向性化学干预及细胞药理学评价，揭示了偏向性探针与AT1R的结合方式和作用机制、AT1R与β-arrestin的结合方式和作用机制、AT1R磷酸化编码在调控β-arrestin信号通路中的重要作用、基于AT1R磷酸化修饰动态结构设计新的具有细胞药理学活性的偏向性干预小分子，促进了靶向AT1R的心血管药物研究。