鑽石舞台

脂質的多樣性不僅確保了細胞膜系統具有不同的剛性和流動性，其本身或代謝物也參與細胞信號的轉導。鞘脂的代謝產物S1P（Sphingosine-1-phosphate, 1-磷酸鞘氨醇）是一種重要的信號分子，通過結合五種亞型受體（S1PR1–S1PR5）參與調節免疫細胞的遷移和轉運，以及脈管系統的生成和功能維持【1】。S1P能夠增強或者降低脈管滲透性、細胞生長和細胞遷移，這取決於哪一種亞型受體參與這一過程。五種亞型S1PR均屬於A類GPCR，且具有高度同源性，然而它們能夠偶聯不同的G蛋白。例如，S1PR1和S1PR5傾向於結合Gi/o，而S1PR2和S1PR3能結合Gi/o、Gq/11和G12/13【2】。

內皮細胞中S1PR2主要通過G12或G13進行信號傳導，而淋巴細胞中S1PR2功能的發揮則嚴格依賴於G13。S1PR2的遺傳性突變會導致聽力喪失【1】。此外，S1PR2和G13的體細胞突變在生發中心B細胞樣瀰漫大B細胞淋巴瘤中發生頻率較高。S1PR2和G13的缺陷會導致生發中心B細胞的擴散而引起淋巴瘤的發生【3, 4】。

以前的研究已報道S1PR1結合拮抗劑ML056，以及S1PR3結合激動劑S1P的晶體結構，分別揭示了S1PR在非激活和激活狀態下的結構特徵【5, 6】。最近，S1PR1、S1PR3和S1PR5結合不同激動劑並偶聯Gi的冷凍電鏡結構被相繼報道【7-10】。然而，S1PRs結合激動劑後如何招募G13的分子機制仍不清楚。

2022年3月30日，美國德克薩斯大學西南醫學中心李曉淳實驗室與加利福尼亞大學舊金山分校Jason Cyster實驗室合作在Science Advances上發表了文章Structure of S1PR2-heterotrimeric G13signaling complex，通過冷凍電鏡技術成功解析了S1PR2結合S1P並偶聯下游信號轉導分子Gα13β1γ2三元複合物的三維結構。

研究人員發現Gα13β1γ2三元複合物在體外純化過程中非常不穩定，因此對Gα13亞基進行工程化改造，使其能夠結合scFv16從而穩定Gα13β1γ2複合物。通過體外組裝，研究人員獲取了結合有S1P的S1PR2–Gα13β1γ2–scFv16複合物的樣品，從~33,000張冷凍電鏡圖像中提取了~13,000,000個單顆粒。數據處理發現蛋白複合物有嚴重的解離，僅有約5%的顆粒是完整的複合物。通過三維重構，得到了分辨率為3.19 Å的冷凍電鏡結構（圖1A）。

S1PR2的跨膜螺旋圍成一個雙親性的結合口袋，一端是帶正電荷親水性的，另一端是疏水性的，從而容納S1P配體（圖1B）。S1PR2與G13的結合則涉及到S1PR2的TM6和Gα13亞基α5螺旋的構象變化。另外，ICL2（intracellular loop 2）對於G13的識別起着至關重要的作用，而這一段的序列在S1PRs中並不保守。這也解釋了S1PR2特異性偶聯G13的分子機制。

芬戈莫德（Fingolimod/FTY720）在體內經磷酸化後作用於S1PR1，被用於治療多發性硬化症。研究表明磷酸化的芬戈莫德（FTY720-P）也能結合併激活S1PR3、S1PR4和S1PR5。尤其是S1PR3被激活後引發下游Gi和G12/13信號通路從而導致脫靶性副作用。而S1PR2能否被FTY720-P激活則存在爭議。作者利用轉化生長因子α脫落實驗（TGF-α shedding assays）證明FTY720-P能通過S1PR2激活G13信號（圖1C），並且內吞實驗和淋巴細胞遷移實驗也證實FTY720-P確實能作用於S1PR2。F274I突變能夠顯著增強FTY720-P對S1PR2的效價（potency）和效能（efficacy）。

總的來說，該研究通過結構生物學的方法，結合細胞生物學實驗詳細闡述了S1PR2特異性偶聯G13的結構基礎，並揭示了疾病相關突變是如何破壞信號轉導的。此外，該研究還證實FTY720-P能作用於S1PR2，並發現S1PR2中保守的結構特徵（Phe274）是干擾FTY720-P作用於S1PR2的關鍵。該研究將為多發性硬化症、惡性淋巴瘤、毒素誘發肝肺損傷等疾病進行結構為導向的藥物設計提供新洞見。

李曉淳實驗室博士後陳洪文為該論文的第一作者，Cyster實驗室Kevin Chen亦為本文做出重要貢獻。

原文鏈接：

http://doi.org/10.1126/sciadv.abn0067

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