我们的身体器官，比如大脑，是由不同的细胞组成的，这些细胞通过释放细胞外的天然化学物质来相互交流。然后，游离的化学物质附着在一种叫做受体的特殊蛋白质上，这种蛋白质被固定在细胞细胞质(内部内容物)周围的膜上。化学物质的附着导致并稳定了活性受体的形成，活性受体最终在细胞质中产生第二个信使。这个过程被称为信号转导，需要活性受体抓住细胞质中的其他蛋白质类型，如G蛋白，这反过来又招募产生第二信使的效应物。第二个信使开始细胞内的通讯。

我们研究了人类D1受体(D1R)，它专门附着在多巴胺上，多巴胺是一种对运动、学习、记忆和快乐很重要的大脑化学物质。D1R成为研究的热门目标，因为它的功能障碍与包括帕金森病、精神分裂症和药物成官方manbetx手机版瘾在内的精神疾病有关。虽然许多研究都集中在创官方manbetx手机版造旨在对抗此类疾病的合成化学物质上，但了解D1R成分如何触发信号转导对于开发新的治疗药物同样重要。

图1所示。(A)信号转导的示意图，由细胞化学物质的释放(绿色)及其附着到GPCR受体(红色)引发，在G蛋白(白色)和效应物(粉红色)的帮助下，细胞质中产生第二信使。这一连串的生化事件控制着细胞内的通讯。
(B)描述了氨基酸，丝氨酸(Ser)，苏氨酸(Thr)，丙氨酸(Ala)和缬氨酸(Val)。它们的侧链之间的差异(含或不含羟基)用红色圆圈突出显示。连接原子的键用黑线表示。

人类D1R属于大家族GProtein -CoupledReceptors(或称。GPCRS)，其成员在细胞膜上反复交叉，形成细胞外段(细胞外段)、核心段(细胞膜嵌入段)和细胞内段(细胞内段)三个片段。细胞外段由尾巴和三个环(EL1, EL2和EL3)组成，而细胞内段由细胞质尾巴(CT)和三个环(IL1, IL2和IL3)组成。核心片段由7个跨膜(TM)螺旋(TM1-TM7)组成，由细胞外环和细胞内环连接(见图1A)。通过x射线对附着在gpcr上的含有化学物质的晶体进行研究，可以获得合成gpcr的氨基酸(蛋白质的组成部分)和原子(例如氧)的3D图像，以及gpcr内氨基酸侧链在化学物质附着后如何呈现出不同的形状。目前关于gpcr激活的观点认为，激活化学物质(称为激动剂)附着在TM螺旋的氨基酸上，导致螺旋和细胞内片段的物理变化。一些氨基酸和原子在细胞质尾部和细胞内环IL2和IL3打开G蛋白和第二信使的形成已被确定。同时，IL1成分是否参与GPCR激活尚不清楚。这是未来开发特异性靶向D1R治疗疾病的药物的一个重要问题。

在我们的研究中，我们通过研究两个氨基酸，丝氨酸(Ser)和苏氨酸(Thr)，分别位于人类D1R的第65和59个氨基酸位置的IL1内和附近，来解决这个问题。我们使用诱变技术制造了两个人类D1R突变体，其中Ser65和Thr59分别被丙氨酸(Ala)和缬氨酸(Val)取代，仅去除位于其侧链上的羟基化学基团(OH，氧+氢)(羟基侧链在图1B中突出显示)。然后，我们在培养皿中培养的细胞中测试了从Ser和Thr中去除OH是否会改变多巴胺附着和激活这两种突变gpcr的方式，相对于天然D1R。我们发现，当Thr59被Val取代时，与D1R相比，突变受体(称为D1-T59V)对多巴胺的亲和力较低。在缺乏多巴胺的情况下，D1R开启G蛋白和第二信使合成的能力在含有D1-T59V的细胞中被取消。多巴胺激活D1-T59V的能力是D1R的300倍。

图2所示。计算机生成的3D图像显示了一些核心和细胞内片段(封装在大盒子中)。这是D1R下部的放大视图(如右图所示)。与D1R的Thr59和Ser65接触的氨基酸和原子基团按照与图1B相同的着色方案用彩色棒描绘。曲线箭头表示，当D1R在多巴胺附着后变得活跃时，Thr59可以从Asp切换到与IL2的Tyr接触，从而引导Phe插入G蛋白。TM4片段已透明，以便更好地显示Thr59和Ser65。虚线表示细胞质一侧的膜边界。

有趣的是，D1R的Thr59在许多其他gpcr中也被发现位于类似的位置。由于晶体中没有D1R的x射线，我们依赖于与D1R密切相关的其他活性和非活性gpcr形式的可用3D图像。这使我们能够开发出人类D1R的理论3D图像，以揭示Thr59如何与D1R的其他成分相互作用。我们的研究结果表明，在D1R的非活性形式(没有多巴胺附着)中，位于Thr59侧链上的羟基(OH)与一种名为天冬氨酸的特定氨基酸相互作用(图2)。一旦多巴胺附着在D1R上，我们推测Thr59的羟基侧链从天冬氨酸中分离出来，与位于il - 2中间的另一种氨基酸酪氨酸(Tyr)接触。这反过来又有助于IL2中Tyr附近的氨基酸苯丙氨酸(Phe)与G蛋白接触(图2)。我们认为，如果没有Thr59的羟基侧链(如D1-T59V)， IL2的Phe就不能有效地与G蛋白接触。这将削弱D1R开启G蛋白和第二信使合成的能力。

利用在许多其他gpcr中也发现的类似位置的Ser65，我们通过计算机分析为D1R生成的理论3D图像显示，Ser65位于D1R的IL1和TM2的交界处(图2)。基于该计算机模型，我们提出在无多巴胺(非活性)和多巴胺结合(活性)的D1R状态下，S65的羟基侧链与TM3的氨基酸天冬酰胺(Asn)和TM4的氨基酸色氨酸(Trp)接触(图2)。当Ser65变成Ala (D1-S65A)时，我们观察到多巴胺亲和力增加，最引人注目的是，多巴胺在产生G蛋白和第二信使合成的充分刺激方面的效率比D1R高2倍。后续研究正在进行中，以确定D1-S65A信号转导升高的机制。

综上所述，我们的工作表明，D1R - thr59和ser65的两个邻近残基控制着多巴胺附着触发的D1R信号转导。对于GPCR研究领域的重要意义是，我们的研究强调了IL1和IL1/TM2官方manbetx手机版连接的新作用，特别是保守的GPCR氨基酸Thr59和Ser65，现在需要在我们目前对GPCR信号转导的看法中得到重视。我们希望这些新的结构决定因素可以潜在地用于开发需要增加或减少D1R信号转导的疗法，例如帕金森病和精神分裂症。

张伯阳和马里奥·提贝里
渥太华医院研究所，神经科学项目和官方manbetx手机版渥太华大学，
渥太华，安大略省，加拿大

出版

A家族gpcr细胞内环1和跨膜区2中两个保守残基的功能重要性:来自D1和D5多巴胺能受体突变体的配体结合和信号转导反应的见解
张斌，杨鑫，Tiberi M
Cell Signal。2015年10月

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