人嘌呤能受体P2Y的三维结构与配体结合活性研究

Acute Coronary Syndrome (ACS) is the most common fatal disease among heart and cardiovascular diseases, which makes the purinergic receptors (P2Ys) the hottest drug targets in the top pharmaceutical companies. The drugs targeting purinergic receptors are of greatest value. The market value of Clopidogrel, a purinergic receptor 12 (P2Y12) antagonist, is reaching 14 Billion dollars per year. However, even though Clopidogrel significantly drop the death rate of cardiovascular diseases, there are multiple issues existing in it such as slow active rate, irreversible, and rely on the metabolism of P450 which gene is greatly different among human populations. All these issues make obtaining newer generations of P2Y drug a very urgent task. Purinergic receptors belong to the G-protein coupled receptor super family, whose expression level is generally very low in their native organisms. They all have seven transmembrane helices, and are very unstable in the aqueous solution, which makes it very challenging to solve the crystal structures of these receptors. Our research will be focused on two of the platelet purinergic receptors, P2Y1 and P2Y12. These two receptors will be over expressed in our insect cell expression system, and eventually the highly purified and highly homogeneous protein sample for crystallization trials will be achieved. We will also try to obtain the co-crystals of these receptors with different ligands. By solving the crystal structures of purinergic receptors, researchers will learn more about the basis and treatment of cardiovascular diseases and our results will shed a new light on the optimizing or designing of new purinergic receptor antagonists.

急性冠状动脉综合征（Acute Coronary Syndrome， ACS）是心血管领域最为常见的致死疾病，靶向其致病因素嘌呤能受体的药物研发也成为研究的热点，仅嘌呤能受体P2Y12拮抗剂药物氯吡格雷（Clopidogrel）一项年度销售额即可达到140亿美元。然而，氯吡格雷类药物存在个体性差异大、起效慢等问题，新P2Y受体药物的研发需求仍然非常急迫。嘌呤能受体家族是一类G蛋白偶联受体，在天然细胞中表达丰度很低。这一类蛋白拥有7次跨膜结构，在溶液环境中稳定性很差，其结构解析工作有非常大的挑战。本项目以血小板上的嘌呤能受体P2Y1和P2Y12为研究对象，将采用昆虫细胞大量表达这两种受体，获得高纯度的蛋白产物并进行结晶实验，最终解析其三维结构。我们也力争得到这两种受体与其多种配体的复合物结构，这些工作必将为研究人员进一步了解心血管疾病的发生与调控，以及后续的药物研提供结构基础。

急性冠状动脉综合症是心血管领域最为常见的致死疾病，而血小板的异常激活是重要的诱因。两类嘌呤能受体，P2Y1R以及P2Y12R均在血小板上高表达。氯吡格雷，靶向P2Y12R的第二代药物，是现在治疗急性冠状动脉综合症的标准手段，其年度销售额曾达到140亿美元。然而，氯吡格雷存在一定的缺陷，新一代P2Y药物的研发需求仍然非常急迫。人们对嘌呤能受体家族的了解仍然极其有限，极大的限制了靶向这一家族新药物的研发。本项目采用X射线晶体学方法成功解析了P2Y12R与拮抗剂以及激动剂复合物的三维结构，以及P2Y1R与核酸类似物配体MRS2500以及非核酸类似物类配体BPTU的复合物三维结构。P2Y12R的晶体结构展现了许多与其他已知A类GPCR不同的结构特点，包括独特的底物结合位置以及副结合位点等。此外，在P2Y12R的晶体结构中，激动剂与非核酸类拮抗剂配体展现了完全不同的走向，其结合位点也仅有一小部分重合。对比受体结合不同类型的配体，可以发现受体的胞外结构域发生了重大的构象变化，这是研究人员首次发现G蛋白偶联受体的胞外区存在结构柔性，这一发现对于后续的靶向P2Y12R以及其他类型的G蛋白偶联受体功能研究以及药物研发提供了新的方向。在P2Y1R的晶体结构中，该受体同样存在两个完全不同的配体结合位点。核酸类MRS2500结合于七次跨膜螺旋中间，但其结合位置以及结合方式与P2Y12R中的核酸类似物完全不同。而另外一个拮抗剂BPTU则结合于受体外表面的脂双层中，通过异构调控的方式抑制受体的活性。本项目解析的P2Y12R以及P2Y1R与多种不同底物的三维结构，帮助我们进一步了解受体-配体相互作用以及受体的信号传导机理，并为研发更好的抗血栓药物带来新契机。