受配体独立激活机制启发的多巴胺D2受体组成性活性突变体的计算设计

《BMC Biology》：Computational design of constitutively active mutants of Dopamine D2 receptor inspired by ligand-independent activation mechanisms

G蛋白偶联受体（GPCR）的构象变化与激活机制研究，通过增强采样模拟揭示构象突变促进激活态形成，建立计算与实验结合的发现新突变体方法，验证D2R-I48W突变体激活跨膜螺旋5介导的信号传导。

　　

摘要

背景

G蛋白偶联受体（GPCRs）即使在没有激动剂的情况下也能通过自身固有的活性进行信号传导。这种活性可以通过突变得到增强，从而产生所谓的构象恒活化突变体（CAMs）。这类受体与多种生理和病理生理状况有关，并且具有重要的治疗潜力。然而，它们固有活性的分子基础至今仍不清楚。

结果

为了研究CAMs如何影响受体激活，我们采用了增强采样模拟方法来研究多巴胺D2受体（D2R），这是中枢神经系统治疗中的关键靶点。自由能景观分析表明，CAMs促进了向与激动剂结合状态相似的活性状态转变。为了识别新的CAMs，我们开发了一种综合策略，结合了结构比较、计算机模拟残基扫描和自由能计算，并通过荧光互补测定法进行了验证。将该方法应用于D2R后，我们发现了一种新的单点突变体D2R-I48^1.46W，并对其功能进行了验证。进一步的研究表明，这种突变主要通过跨膜螺旋5（特别是Ser194^5.43）激活了别构信号传导途径，突显了其在将激活信号传递到细胞内域中的作用。

结论

本研究阐明了CAMs如何重塑D2R的激活机制，并建立了一个广泛适用的计算-实验框架，用于发现构象恒活化的GPCR变体。这些CAMs为在结构、细胞和生理层面上探究受体激活机制提供了有价值的、不依赖于配体的模型。