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第二细胞外环对褪黑素 MT 受体功能的重要性及 GPR50 中不存在褪黑素结合。

Importance of the second extracellular loop for melatonin MT receptor function and absence of melatonin binding in GPR50.

机构信息

Inserm, U1016, Institut Cochin, Paris, France.

CNRS UMR 8104, Paris, France.

出版信息

Br J Pharmacol. 2018 Aug;175(16):3281-3297. doi: 10.1111/bph.14029. Epub 2017 Oct 27.

Abstract

BACKGROUND AND PURPOSE

Recent crystal structures of GPCRs have emphasized the previously unappreciated role of the second extracellular (E2) loop in ligand binding and gating and receptor activation. Here, we have assessed the role of the E2 loop in the activation of the melatonin MT receptor and in the inactivation of the closely related orphan receptor GPR50.

EXPERIMENTAL APPROACH

Chimeric MT -GPR50 receptors were generated and functionally analysed in terms of 2-[ I]iodomelatonin binding, G /cAMP signalling and β-arrestin2 recruitment. We also used computational molecular dynamics (MD) simulations.

KEY RESULTS

MD simulations of 300 ns revealed (i) the tight hairpin structure of the E2 loop of the MT receptor (ii) the most suitable features for melatonin binding in MT receptors and (iii) major predicted rearrangements upon MT receptor activation, stabilizing interaction networks between Phe179 or Gln181 in the E2 loop and transmembrane helixes 5 and 6. Functional assays confirmed these predictions, because reciprocal replacement of MT and GPR50 residues/domains led to the predicted loss- and gain-of-melatonin action of MT receptors and GPR50 respectively.

CONCLUSIONS AND IMPLICATIONS

Our work demonstrated the crucial role of the E2 loop for MT receptor and GPR50 function by proposing a model in which the E2 loop is important in stabilizing active MT receptor conformations and by showing how evolutionary processes appear to have selected for modifications in the E2 loop in order to make GPR50 unresponsive to melatonin.

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摘要

背景和目的

最近 G 蛋白偶联受体(GPCR)的晶体结构强调了第二细胞外(E2)环在配体结合、门控和受体激活中的先前未被重视的作用。在这里,我们评估了 E2 环在褪黑素 MT 受体激活和相关孤儿受体 GPR50 失活中的作用。

实验方法

生成了 MT-GPR50 嵌合受体,并在 2-[I]碘代褪黑素结合、G/cAMP 信号和β-arrestin2 募集方面进行了功能分析。我们还使用了计算分子动力学(MD)模拟。

主要结果

300ns 的 MD 模拟揭示了(i)MT 受体 E2 环的紧密发夹结构,(ii)MT 受体中最适合结合褪黑素的特征,以及(iii)MT 受体激活后的主要预测重排,稳定了 E2 环和跨膜螺旋 5 和 6 之间的相互作用网络。功能测定证实了这些预测,因为 MT 和 GPR50 残基/结构域的相互替换导致 MT 受体和 GPR50 分别预测的褪黑素作用的丧失和获得。

结论和意义

我们的工作通过提出一个模型证明了 E2 环对 MT 受体和 GPR50 功能的关键作用,该模型表明 E2 环对于稳定 MT 受体的活性构象很重要,并表明进化过程如何选择 E2 环的修饰,以使 GPR50 对褪黑素无反应。

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