APJ-KOR异源二聚体信号转导调控机制的研究

Recent reports suggest that G protein-coupled receptors (GPCRs) can exist as homo- or hetero- dimers which exhibit "specific" functional properties which are distinct from monomeric receptors, involving agonist recognition, signaling, trafficking, and so on. However, these researches were done in vitro, there has been no research in vivo and on regulatory mechanism of dimers in signal transduction. In this project，we aim to explore the possibility of heterodimerization between apelin and kappa opioid receptors in vivo, the regulatory mechanism of the dimer in signal transduction and the effect of the dimer on cell function with gene mutation, confocal microscopy, bimolecular fluorescence complementation, resonance energy transfer and xCELLigence system etc. The project will provide helpful data for understanding physiological function and pathophysiological mechanism that they evolved in and open a completely new field in the search for noveldrug targets useful to combat a variety of diseases and with potentially fewer side effects.

近年来研究表明，G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors, GPCRs）之间存在相互作用，其不同亚型及类型之间可以形成以同源或异源二聚体为基础的功能单位。这些二聚体有不同于受体单体的特异功能特征,包括配体识别、G蛋白偶联和运输的变化等。但是，这些研究都是在体外进行的，在体内的研究及二聚体信号转导的具体调控机制尚不清楚。因此，我们将以前期研究发现的Apelin受体-κ型阿片受体（APJ-κOR) 异源二聚体为模型, 采用分子克隆、共聚焦显微镜、双分子荧光互补分析、共振能量转移和活细胞工作站等技术,研究APJ和κOR在体内的二聚化反应、该二聚体信号转导的调节机制以及对细胞功能的影响。为体内研究GPCRs二聚体和探索二者在心血管和神经系统中参与的相关生理功能的细胞内分子机制提供实验依据,有助于阐明相关疾病发生机理，其结果将有助于探寻相关疾病治疗的新突破点及新药开发。

Apelin与受体APJ参与心血管功能和身体稳态的中心调节。KOR及其内源性配体强啡肽通过经典G蛋白偶联信号通路和G蛋白非依赖信号通路，特别是β-arrestin依赖信号通路参与调节各类重要的生理和药理反应的调节，会引发烦躁不安、厌恶、药物成瘾、甚至成瘾复发等副作用。在G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptor ，GPCR）发挥其生理功能的时候，磷酸化发挥关键的作用。本课题采用串联质谱、基因克隆、共聚焦显微镜、双分子能量互补、xCELLigence细胞功能实时监测系统检测GPCRs之间在活细胞之间形成二聚体的可能，检测二聚体对细胞信号传导通路的改变以及对细胞生理功能的影响。通过实验发现APJ受体348位点丝氨酸突变消除了apelin-13诱导APJ招募GRK 和 β –arrestin的功能； APJ-APJ 能够形成同源二聚体，KOR-NTSR1与OX1R-KOR能够形成异源二聚体，新形成的二聚体作为一个新的功能单位发挥特异的生理功能。以上实验结果为KOR与APJ分子间的相互作用和影响提供了重要信息，为开发治疗心脏肥大、最大限度降低KOR发挥镇痛效应副作用提供新的途径。