Attivazione del GPCR di classe B1 da parte di un agonista intracellulare

Natura (2023) Cita questo articolo

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I recettori accoppiati alle proteine ​​G (GPCR) generalmente ospitano ligandi specifici nelle tasche di legame ortosterico. Il legame del ligando innesca un cambiamento conformazionale allosterico del recettore che porta all’attivazione di trasduttori intracellulari, proteine ​​G e β-arrestine. Poiché questi segnali spesso inducono effetti avversi, è necessario chiarire il meccanismo di attivazione selettiva di ciascun trasduttore. Pertanto, sono stati sviluppati molti agonisti con pregiudizio ortosterico e gli agonisti con pregiudizio intracellulare hanno recentemente attirato un ampio interesse. Questi agonisti si legano all'interno della cavità intracellulare del recettore e regolano preferenzialmente la via di segnalazione specifica rispetto ad altre vie di segnalazione, senza riarrangiamento allosterico del recettore dal lato extracellulare1,2,3. Tuttavia, attualmente sono disponibili solo strutture legate all'antagonista1,4,5,6 e non vi sono prove a sostegno del fatto che all'interno della cavità intracellulare si verifichi un legame distorto dell'agonista. Ciò limita la comprensione dell’agonismo distorto intracellulare e del potenziale sviluppo di farmaci. Qui riportiamo la struttura al microscopio elettronico criogenico di un complesso di Gs e del recettore di tipo 1 dell'ormone paratiroideo umano (PTH1R) legato a un agonista PTH1R, PCO371. PCO371 si lega all'interno di una tasca intracellulare di PTH1R e interagisce direttamente con Gs. La modalità di legame PCO371 riorganizza la regione intracellulare verso la conformazione attiva senza propagazione del segnale allosterico indotta a livello extracellulare. PCO371 stabilizza la conformazione significativamente piegata verso l'esterno dell'elica transmembrana 6, che facilita il legame con le proteine ​​G piuttosto che con le β-arrestina. Inoltre, PCO371 si lega all'interno della tasca intracellulare altamente conservata, attivando 7 dei 15 GPCR di classe B1. Il nostro studio identifica una tasca intracellulare di legame dell'agonista nuova e conservata e fornisce la prova di un meccanismo di segnalazione distorto che prende di mira l'interfaccia recettore-trasduttore.

I GPCR comprendono la più grande famiglia di proteine ​​umane e sono coinvolti in quasi tutti i processi fisiologici. Di conseguenza, sono presi di mira da oltre il 30% dei farmaci commercializzati7. Gli agonisti si legano a una tasca extracellulare di legame ortosterico di GPCR, che induce cambiamenti conformazionali e stabilizza la conformazione attiva del dominio transmembrana (TMD). Le tasche ortosteriche hanno sviluppato forme e sequenze altamente diverse, che consentono risposte a una gamma di stimoli extracellulari8. Oltre agli agonisti ortosterici, sono stati generati numerosi modulatori allosterici e precedenti studi strutturali hanno identificato varie tasche allosteriche9. Rispetto ai siti ortosterici, i siti allosterici tendono ad avere una maggiore varietà di residui aminoacidici; pertanto, i ligandi allosterici forniscono specificità del sottotipo per i recettori. Sebbene precedenti studi strutturali abbiano rivelato modalità di riconoscimento precise e specifiche per i ligandi ortosterici e allosterici da parte dei singoli recettori, non sono ancora state scoperte tasche conservate di legame degli agonisti attraverso distinti sottotipi di recettori10.

La maggior parte degli agonisti attivano molteplici vie di segnalazione e alcuni di questi segnali occasionalmente inducono effetti farmacologici avversi. Gli agonisti distorti, che attivano preferenzialmente uno specifico trasduttore intracellulare, hanno il potenziale per massimizzare l'impatto terapeutico riducendo al contempo gli effetti avversi10. Gli attuali agonisti distorti si legano comunemente alla metà extracellulare del TMD, mentre gli agonisti che si legano al lato intracellulare, in particolare all'interfaccia recettore-trasduttore, possono essere preferibili per la modulazione precisa dell'azione di segnalazione distorta2. Finora sono state segnalate sei strutture di GPCR legati al ligando intracellulare1,4,5,6,11,12. Tuttavia, la maggior parte di queste sono strutture legate agli antagonisti e non vi è alcuna evidenza strutturale di un legame distorto degli agonisti con una tasca del trasduttore intracellulare1,4,5,6. Questa mancanza di conoscenza limita la capacità di comprendere e mettere a punto questo agonismo di parte intracellulare.