趋化因子受体CXCR4与多肽配体复合物的晶体结构研究

G protein-coupled receptors (GPCRs), containing seven transmembrane helixes, comprise the largest protein family in human genome. The receptors sense molecules outside the cell and activate inside signal transduction pathways. GPCRs are involved in many human diseases, and represent the target of approximately 40% of all modern medicinal drugs. Chemokine receptor CXCR4, a member of GPCRs, acts as a co-receptor of Human Immunodeficiency Virus (HIV), which facilitates the viral entry. CXCR4 is over-expressed on the surface of many kinds of cancer cells, and mediates cancer metastasis. In this project, CXCR4 protein will be expressed using insect cell-baculovirus expression system. The peptide ligand bound CXCR4 protein will be purified and crystallized. Crystal structures of the receptor-peptide complexes will be solved by collecting high resolution X-ray diffraction data. The structural studies of CXCR4-peptide ligand complexes will deepen our understanding of CXCR4-ligand binding mode and cell signal recognization mechanism, and lay a foundation for carrying out structure-based drug discovery aimed at inhibiting HIV cell entry and cancer metastasis.

G蛋白偶联受体(GPCR)是一类具有七跨膜螺旋结构的膜受体蛋白，组成人体内最大的蛋白质家族，主要介导细胞信号转导，是极其重要的药物靶点。趋化因子受体CXCR4属于GPCR家族，是人免疫缺陷病毒的一种共受体，可协助病毒感染人体细胞；此外，CXCR4在多种癌细胞表面大量表达，介导癌细胞的迁移。本项目利用昆虫细胞杆状病毒表达系统高量表达人源CXCR4蛋白，与多种多肽配体结合后，通过蛋白纯化和结晶条件筛选获得高质量的CXCR4与多肽配体的复合物晶体，收集X-射线衍射数据，最终解析其高分辨率晶体结构。通过以上研究，将进一步深入理解CXCR4与配体的结合模式，揭示CXCR4识别细胞外信号的分子机制，并为抗艾滋病和抗癌症新药研究提供分子结构基础。

趋化因子受体CCR5和CXCR4是人免疫缺陷病毒-1（Human Immunodeficiency Virus-1, HIV-1）的两种共受体，和细胞表面的受体CD4共同与HIV-1病毒表面糖蛋白gp120作用，介导病毒和细胞的膜融合。为了进一步理解HIV-1病毒感染细胞的分子机制、深入研究两种HIV-1共受体与其配体的结合模式，并为抗艾滋病毒新药研发提供重要的结构基础，本项目针对CCR5和CXCR4开展三维结构研究。我们成功解析了CCR5与抗艾滋病毒药物马拉维若（maraviroc）结合的复合物晶体结构，阐明了该药物分子的抗病毒机理，为抗艾滋病毒新药研发提供了新的线索；揭示了不同艾滋病毒共受体选择性识别不同病毒的结构基础，有助于深入理解艾滋病毒感染人体细胞的分子机制。开展基于该结构的药物设计和筛选，在短时间内获得了药效优于上市药物的候选药物，极大地促进了抗艾滋病毒新药研发；此外，针对CCR5和CXCR4与多种蛋白质配体结合的复合物进行蛋白表达和纯化，获得了高质量的复合物蛋白样品，为后续的结构研究打下坚实的基础，将有助于深入理解CCR5/CXCR4对细胞信号的识别机制以及相关疾病发生的分子机理。