同源模建辅助探测M亚型受体作用位点解析.pdf

同源模建辅助探测M 亚型受体作用位点1 钮因尧，朱亮，陈红专，陆阳 上海交通大学医学院，上海 (200025) E-mail：luyangssmu@ 摘 要：本文分析通过分子对接，并经定位突变证实的 M1 、M2 亚型受体作用位点，认为 在M 亚型受体的跨膜区存在一个正位亲和“ 口袋”和与之相关连的几个别构作用区。M1 、M2 亚型受体在这些正位和别构作用位点的氨基酸残基大部分重合，这些重合的作用位点与 M 受体蛋白的分子架构密切相关。各种配体小分子与这些正位、别构位点都有潜在的亲和倾向， 但由于在分子的电性、空间体积等性质方面的差异，其优先亲和的作用位点可能完全不同， 导致不同配体分子与同一亚型受体亲和力的差异，以及同一配体分子倾向与某一亚型亲和。 关键词：M 受体配体；同源模建；分子对接；作用位点 1．引言 三磷酸鸟苷结合蛋白偶联受体（简称G-蛋白偶联受体，GPCR ）是细胞膜表面数量最大 的受体家族，承担大量的细胞信号转导功能，目前世界上大约40% 的药物针对GPCR 。GPCR 的结构特点是七次跨过细胞膜，形成七个跨膜(transmembrane)疏水区(TM1-7)，三个胞内环 (intracellular loop，il-i3)，三个胞外环(extracellular loop，e1-e3)，C端在膜内，N端在膜外。 M受体是GPCR超家族中A组成员，广泛分布于中枢及外周系统神经组织、心肌、平滑 肌和各种腺体，并介导多种生理活动。M受体有分子生物学和药理学2种分型。分子生物学 分型以牛视紫红质蛋白（bovine rhodopsin ，BR ）为模板克隆五种M亚型受体的cDNA，根据 M受体基因编码5种受体蛋白质，分别表示为m1 ，m2 ，m3 ，m4 ，m5 。而M1 ，M2 ，M3 ， M4 四种药理学分型则根据各种受体亚型与选择性拮抗剂的不同亲和力进行归类，其分别对 应于m1 ，m2 ，m3 ，m4 四种分子生物学分型。迄今尚未在体内找到与m5相对应的药理学分 型及其内源性配基。M受体蛋白分子量约51—66kD，由460-590个氨基酸残基组成，其中M1 、 M2受体分别有460和466个氨基酸。一级氨基酸序列对比结果表明，五种M亚型受体蛋白间 存在高度的同源性。其中TM3～7跨膜区的氨基酸序列最相近，e1-e3 环及il、i2环序列也比 较保守，但N末端、C末端变异较大，而各亚型之间差异最大的则是介于TM5和TM6之间的 氨基酸序列最长段i3环(157-240个氨基酸) ，i3环也是M受体与G蛋白结合并引起生物学效应 的主要序列段，其与G蛋白的偶联状况决定了受体与G蛋白分离的难易程度，而GPCR 的i3 环能否与G-蛋白分离对获得受体的三维结构意义重大。GPCR家族中的BR 已与G-蛋白分离， 其i3环仅由25个氨基酸组成，而一般的GPCR家族成员（如各种M亚型受体）i3环则相对较长， 或许GPCR 中i3环肽链的长度是决定受体与G蛋白能否成功分离的直观指标之一。 M受体七个跨膜区在细胞膜上呈轮辐状排列，保守的氨基酸残基多位于中心，形成一个 高度保守的亲水性凹陷，通过离子-离子、π-离子和氢键等相互作用与经典非选择性相应配 体结合[1] ；非保守的残基面向脂质居于外侧，一般与胞膜内外环区的相关氨基酸残基形成特 异性作用位点，与M亚型选择性配基亲和。M受体i3环（Arg253-Thr492 ）近胞膜处的两端延 续TM5和TM6 的α螺旋结构，并在空间位置上相互邻近[2]，部分与G蛋白偶联并发挥信号传导 功能的氨基酸残基在此跨膜α螺旋结构的延续区。通过对M3受体中i3环N端的氨基酸定位突 变，确定Tyr254是决定M1组（M1 、M3 、M5 ）受体与G蛋白偶联并发挥重要信号传导功能 1本课题得到上海市科委自然科学基金（项目编号：05ZR14054 ）, 教育部高等学校博士点基金（项目编号： 20070248067 ）和上海交通大学医学院“博士创新基金” （项目编号：BXJ0707 ）的资助。 - 1 -