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继6篇Cell/Nature后 | 再取新进展!颜宁团队揭示二氢吡啶类化合物调节Cav1.1的结构基础2021-06-27
iNature

1,4-二氢吡啶(DHP)是最常用的降压药,其作用是抑制L型电压门控的Ca 2+(Ca v)通道。DHP化合物表现出手性特异性拮抗或激动作用。与非手性药物硝苯地平结合的兔Ca v 1.1的结构揭示了DHP药物的一般结合方式,但手性特异性的分子基础仍然难以捉摸。
2020年10月30日,颜宁团队在Angewandte Chemie  在线发表题为“Structural Basis of Cav1.1 Modulation by Dihydropyridine Compounds”的研究论文,该研究报告了存在氨氯地平,DHP拮抗剂(R)-(+)-Bay K8644,3个不同滴定浓度的DHP激动剂(S)-(-)-Bay K8644的Ca v 1.1冷冻电镜结构,分辨率为2.9‐3.4Å。氨氯地平结合的结构揭示了该药物高效疗效的分子基础。所有添加了Bay K8644对映异构体的结构均表现出相似的灭活构象,表明(S)-(-)-Bay K8644在充当激动剂时不足以长时间锁定通道的激活状态。
总之,这些结构共同为DHP化合物对DHPR的调节提供了新的见解。 这些结构提供了对DHP药物MOA的更全面的了解,将促进针对其他Cav通道和一般其他VGIC的药物发现。

另外,2020年8月28日,原清华大学颜宁及尹航共同通讯在Cell 在线发表题为“Structural Basis for Blocking Sugar Uptake into the Malaria Parasite Plasmodium falciparum”的研究论文,该研究该研究介绍了疟原虫物种基因组中唯一的己糖转运蛋白PfHT1的晶体结构,与D-葡萄糖复合时的分辨率为2.6Å,与选择性抑制剂C3361的分辨率为3.7Å。该研究针对疟疾耐药性不断增加的现状,通过对底物或抑制剂结合状态下的PfHT1蛋白结构解析,鉴定了新的药物结合位点并设计出一系列高效的“正构-别构”双位点抑制剂。通过抑制疟原虫对葡萄糖的摄取“饿死疟原虫”,这代表着一种新型抗疟药物研发思路,为下一代抗疟药物的研发奠定了基础(点击阅读)。

2020年7月17日,颜宁团队在PNAS 在线发表题为“Cryo-EM analysis of a membrane protein embedded in the liposome”的研究论文,该研究以特征明确的AcrB为原型,提出了一种方便的工作流程,用于对嵌入脂质体中的膜蛋白进行冷冻-EM结构分析。结合优化的蛋白脂质体分离,冷冻样品制备和有效的颗粒选择策略,以3.9Å的分辨率获得了嵌入脂质体中的AcrB的三维(3D)重建。该研究方法可广泛应用于具有独特可溶域的膜蛋白的冷冻EM分析,为功能受跨膜电化学梯度或膜曲率影响的整体或外围膜蛋白的冷冻EM分析奠定了基础(点击阅读)。

2020年6月15日,颜宁及杨洪远共同通讯在Cell 在线发表题为“Structural Basis of Low-pH-Dependent Lysosomal Cholesterol Egress by NPC1 and NPC2”的研究论文,该研究揭示了低pH依赖性胆固醇从NPC2传递到NPC1跨膜(TM)域的分子基础。在pH 8.0时,在纳米光盘和去污剂中分别获得3.6Å和3.0Å分辨率的NPC1类似结构,揭示了连接N端结构域(NTD)和跨膜固醇传感结构域(SSD)的隧道结构;在pH 5.5时,NTD表现出两个构象,表明胆固醇向隧道输送的运动。在通道的膜边界发现了一个假定的胆固醇分子,TM2向SSD上的表面袋形成。最后,在pH 5.5时获得了分辨率为4.0Å的NPC1-NPC2复合物的结构,阐明了胆固醇从NPC2转移到NPC1(NTD)的分子基础。
2020年6月8日,颜宁团队在PNAS 在线发表题为“Employing NaChBac for cryo-EM analysis of toxin action on voltage-gated Na+ channels in nanodisc”的研究论文,该研究介绍在洗涤剂胶束和纳米圆盘中NaChBac的单粒子冷冻电子显微镜(cryo-EM)分析。在两种条件下,NaChBac的构象与潜在灭活的NavAb的构象几乎相同。确定纳米光盘中NaChBac的结构使研究人员能够检查脂质双层中Nav通道的门控修饰剂毒素(GMT)。为了研究哺乳动物Nav通道中的GMT,该研究生成了一个嵌合体,其中Nav1.7的第二个电压感测域中S3和S4区段的细胞外片段替换了NaChBac中的相应序列。此解决方案可实现毒素对接的可视化。因此,NaChBac可以用作膜环境中GMT与Nav通道之间相互作用的结构研究的便捷替代品。
2020年5月13日,颜宁等团队在Nature 在线发表题为”Structural basis for catalysis and substrate specificity of human ACAT1“的研究论文,该研究介绍了人类ACAT1的冷冻电子显微镜结构。每个protomer都由九个跨膜段组成,这些段包围了一个胞质通道和一个在预计的催化位点会聚的跨膜通道。结构指导的突变分析的证据表明,酰基辅酶A通过细胞质通道进入活性位点,而胆固醇可能从侧面通过跨膜通道进入。这种结构和生化特征有助于合理化ACAT1对不饱和酰基链的偏好,并提供对MBOAT家族中酶催化机制的见解(点击阅读)。
2020年5月13日,颜宁等团队在Nature 在线发表题为”Structure and mechanism of human diacylglycerol O-acyltransferase 1“的研究论文,该研究介绍了人类DGAT1的冷冻电子显微镜结构。每个DGAT1都有9个跨膜螺旋,其中8个形成保守的结构折叠,将其命名为MBOAT折叠。DGAT1中的MBOAT折叠在膜中形成一个中空腔室,该腔室包围着高度保守的催化残留物。该腔室有两个底物,脂肪酰基辅酶A和二酰基甘油的单独入口。 DGAT1可以同型二聚体或同型四聚体形式存在,两种形式具有相似的酶活性。DGAT1的N末端与邻近的protomer相互作用,而这些相互作用是酶促活性所必需的(点击阅读)。

电压门控的Ca2 +(Cav)通道(VGCC)负责各种生理事件,包括肌肉收缩,分泌和突触信号传导。在哺乳动物中,Cav通道的10个亚型被分为三个亚家族:Cav1(Cav1.1-Cav1.4),Cav2(Cav2.1-Cav2.3)和Cav3(Cav3.1-Cav3.3)。Cav1通道也称为L型VGCC或二氢吡啶(DHP)受体(DHPR),由一个核心α1亚基和三个辅助亚基α2δ,β和γ组成。
α1亚基是约2000个氨基酸的单个多肽,可折叠成四个同源重复序列I-IV。每个重复包含六个跨膜片段(S1-S6),它们形成两个功能实体:每个重复中的片段S1-S4构成外围电压传感域(VSD),四个重复中的S5-S6片段以及插入的孔螺旋P1和P2包围着中心离子渗透孔域(PD)。来自四个重复序列的P1和P2之间的短片段用作分子筛,称为选择性过滤器(SF),可将Ca2 +与其他离子区分开。
Cav通道功能异常与各种病理生理状况有关,从心血管疾病到精神和神经系统综合征,例如心律不齐,癫痫发作,癫痫,自闭症和帕金森氏病。DHPRs的拮抗剂在临床实践中已显示出在治疗特定疾病(包括高血压,心脏局部缺血,疼痛和震颤)方面的出色疗效。
在Cav拮抗剂中,二氢吡啶(DHP)化合物是最广泛使用的药物,以氨氯地平和硝苯地平为例,几十年来一直是世界上最畅销的药物。苯并噻氮平(BTZ)和苯烷基胺(PAA)代表了针对DHPR的其他两大类药物。虽然BTZ和PAA化合物通过穿过孔结构域的中心腔直接阻止离子传导,但是DHP拮抗剂结合位置位于重复III和IV的界面上,用于变构调节。
尽管二氢吡啶(DHP)药物充当拮抗剂,但某些DHP化合物对DHPR表现出激动作用。更令人感兴趣的是,某些二氢吡啶(DHP)化合物的作用方式是立体选择性(MOA),这些DHP配体的对映异构体具有相反的药理学特征。例如,尽管化合物(S)-(-)-Bay K8644是DHPR的有效激动剂,但其对映异构体(R)-(+)-Bay K 8644显示出拮抗活性。对于其他膜蛋白的调节剂,如多巴胺D-2和大麻素受体,也观察到了两相特性,应对其使用剂量进行精细调节以达到所需的功效。对这些化学分子MOA的深入了解需要高分辨率的结构。
该研究报告了存在氨氯地平,DHP拮抗剂(R)-(+)-Bay K8644,3个不同滴定浓度的DHP激动剂(S)-(-)-Bay K8644的Ca v 1.1冷冻电镜结构,分辨率为2.9‐3.4Å。氨氯地平结合的结构揭示了该药物高效疗效的分子基础。所有添加了Bay K8644对映异构体的结构均表现出相似的灭活构象,表明(S)-(-)-Bay K8644在充当激动剂时不足以长时间锁定通道的激活状态。
总之,这些结构共同为DHP化合物对DHPR的调节提供了新的见解。 这些结构提供了对DHP药物MOA的更全面的了解,将促进针对其他Cav通道和一般其他VGIC的药物发现。
参考消息:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202011793
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