近日，中國科學院上海藥物研究所徐華強課題組、余學奎課題組和中國科學院分子細胞科學卓越創新中心/生物化學與細胞生物學研究所國家蛋白質科學中心（上海）叢堯課題組合作在GPCR跨膜信號轉導領域取得新進展——首次解析了非視覺阻遏蛋白（Arrestin2）與神經降壓素受體（NTSR1）復合物冷凍電鏡結構，闡述了非視覺阻遏蛋白偶聯多種不同特征GPCR進行信號整合的作用機制。該研究成果于11月27日在線發表于國際學術期刊Cell Research。這是徐華強團隊繼發表在2015年《自然》（Nature）雜志和2017年《細胞》（Cell）雜志里程碑式研究后，在該領域的又一突破，為基于GPCR結構的偏愛性配體的功能研究和設計優化提供了重要的依據。
GPCR作為人體最大的細胞膜受體蛋白家族，包含800多個成員，是超過三分之一的臨床及在研藥物的作用靶標。GPCR主要通過偶聯下游G蛋白和阻遏蛋白進行信號傳導。阻遏蛋白包括視覺阻遏蛋白（Arrestin1和4）和非視覺阻遏蛋白（Arrestin2和3）。視覺阻遏蛋白主要轉導視紫紅質受體信號通路，早在2015年，徐華強團隊利用世界最強的X射線自由電子激光技術得到了高分辨率的Arrestin1-視紫紅質復合物晶體結構。該三維結構第一次展現了阻遏蛋白與GPCR的結合模式，與G-蛋白與GPCR相互作用截然不同，為深入理解GPCR下游信號轉導通路奠定了重要基礎。而非視覺阻遏蛋白則參與調控其它800多個GPCR下游信號通路，不僅阻斷受體與G蛋白的結合，還介導受體的內吞及一系列非G蛋白依賴的信號通路。非視覺阻遏蛋白與GPCR復合物的結構研究一直都是GPCR領域的重點。然而，非視覺阻遏蛋白與GPCR的相互作用較弱，且組裝的復合物具有高度的柔性，從而給結構解析帶來了很大挑戰。
徐華強團隊經過多輪篩選，確定了以NTSR1為模式受體，并歷經8年的努力系統探究了增強Arrestin2和NTSR1相互作用及提高復合物穩定性的各種因素，包括阻遏蛋白3A突變體的引入、正向別構激動劑ML314與內源性配體NTS的聯合使用、構象穩定抗體片段Fab30的輔助，復合物的融合表達、GRK的共表達促進受體磷酸化以及去垢劑的篩選等。該研究最終獲得了較為穩定的Arrestin2-NTSR1復合物，并解析了其冷凍電鏡結構。該結構與課題組已報道的Arrestin1-視紫紅質復合物結構具有類似的結合方式，但其中Arrestin2相比于Arrestin1有90°旋轉的構象差異，使得受體的TM5、TM6和ICL3處于Arrestin2中N端結構域的前面方位，這種構象更有利于部分受體采用ICL3取代受體C端招募Arrestin2，可作為探討非視覺阻遏蛋白與GPCR相互作用的第二種模型。
徐華強課題組博士后尹萬超和博士研究生殷裕玲、余學奎課題組博士后李智海和生化與細胞所國家蛋白質科學中心（上海）叢堯課題組博士金明梁為該論文的共同第一作者。此研究的合作單位還有美國文安德研究所（Van Andel Research Institute）、浙江大學和哈爾濱工業大學。該研究得到國家科學技術部、國家自然科學基金委員會、中科院重大科技基礎設施開放研究項目、上海市科學技術委員會、美國國立衛生研究院等的資助。