神经肽Y受体Y2的结构生物学研究

G protein coupled receptors (GPCRs) constitute the largest protein family of receptors in human and participate almost all the physiological activities regulation. About 50% of the market drugs target GPCRs. Neuropeptide Y is one of the most abundant peptide that expressed in mammalian brain and exerts its feeding behavior, energy balance and vasoconstriction actions via four different receptor subtypes (Y1, Y2, Y4, Y5), which belong to class A GPCRs. Y2 is mainly expressed in the central nervous system and modulate endogenous NPY and other neurotransmitters release when activated by NPY or PYY. Y2 is implicated with diseases like obesity, epilepsy, affective disorders and cancer. The oral bioavailability and brain-penetration are the key issues of current Y2 modulators as they are mainly peptide or peptide-like molecule. The lack of small molecule non-peptidic Y2 receptor modulators hampered the progress to uncover the precise pharmacological role of Y2 and clinical drugs development. In this project, the structure of Y2 with its ligand will be determined through X-Ray crystallography. The analysis of the structure will help with Y2 ligand-binding mode elucidation and structure-base drug design.

G蛋白偶联受体是人类最大的膜蛋白受体家族，参与调控了几乎所有的生理活动，是50%的上市药物的作用靶点。神经肽Y是最重要的神经肽类物质之一，在细胞内通过结合其受体发挥调节食物摄取、能量平衡、血管收缩等作用。神经肽Y受体属于G蛋白偶联受体的A家族，在人体内有Y1、Y2、Y4和Y5四种。Y2主要表达于中枢神经系统，被NPY、PYY等激活后调节NPY和其他神经递质的释放。Y2在调节肥胖、癫痫、抑郁、癌症等疾病领域发挥着重要的作用。目前Y2的调节剂以肽类和类肽类居多，存在着口服生物利用率低、脑屏障穿透力弱等问题，大大制约了对Y2的精确生物功能研究以及临床药物的研发。本项目利用X-射线晶体学的方法获得Y2与其配体的三维结构，通过分析结构发现Y2与配体的相互作用方式，为基于结构的配体设计和药物研发提供基础。

神经肽Y受体（Neuropeptide Y receptors，NPYRs）属于G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptor，GPCR）超家族的成员，在人体中有四种亚型，分别为Y1R、Y2R、Y4R和Y5R。神经肽Y受体通过识别NPY、PYY和PP三种天然多肽配体以多样的方式调控人体多种生理功能，是治疗肥胖和焦虑等疾病的药物靶标。然而，目前没有靶向神经肽Y受体的药物成功上市。为了加深人们对于神经肽Y受体的配体识别及生理调控机制的认知，加速药物研发进程，我们开展了针对Y2R与小分子拮抗剂配体复合物的结构生物学研究。.通过筛选表达载体、筛选配体及优化蛋白纯化条件，获得稳定性高的Y2R蛋白样品。对Y2R蛋白样品进行大量结晶实验及结晶条件的优化，获得衍射能力好的蛋白晶体。我们在日本Spring-8同步辐射光源收集晶体的X射线衍射数据，并用相关软件进行数据处理、模型构建和模型修正，最终解析了分辨率为2.8 Å的Y2R与小分子拮抗剂JNJ-31020028复合物的晶体结构，并开展了功能实验进行配体识别模式测试并探究结构与功能的关系。.Y2R-JNJ-31020028复合物结构从分子水平揭示了配体结合模式和配体选择性机制。结合突变和功能实验的结果，我们发现了决定Y2R不同拮抗剂拮抗活性的重要位点。通过与已解析的Y1R配体结合口袋进行比对分析，获得对神经肽Y受体激活和配体选择性起关键作用的位点。这些研究结果加深了人们对神经肽Y受体的配体结合模式和选择性机制的理解，为靶向神经肽Y受体药物研发奠定了结构基础。