Ativação do GPCR classe B1 por um agonista intracelular

Natureza (2023) Citar este artigo

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Os receptores acoplados à proteína G (GPCRs) geralmente acomodam ligantes específicos nos bolsos de ligação ortostérica. A ligação do ligante desencadeia uma alteração conformacional alostérica do receptor que leva à ativação de transdutores intracelulares, proteínas G e β-arrestinas. Como esses sinais geralmente induzem efeitos adversos, o mecanismo de ativação seletiva para cada transdutor deve ser elucidado. Assim, muitos agonistas com viés ortostérico foram desenvolvidos, e agonistas com viés intracelular recentemente atraíram amplo interesse. Esses agonistas se ligam dentro da cavidade intracelular do receptor e sintonizam preferencialmente a via de sinalização específica em detrimento de outras vias de sinalização, sem rearranjo alostérico do receptor do lado extracelular1,2,3. No entanto, apenas estruturas ligadas ao antagonista estão disponíveis atualmente1,4,5,6, e não há evidências para apoiar que a ligação do agonista tendenciosa ocorra dentro da cavidade intracelular. Isso limita a compreensão do agonismo com viés intracelular e o potencial desenvolvimento de drogas. Aqui nós relatamos a estrutura de microscopia eletrônica criogênica de um complexo de Gs e o receptor do hormônio da paratireoide humano tipo 1 (PTH1R) ligado a um agonista de PTH1R, PCO371. PCO371 liga-se a uma bolsa intracelular de PTH1R e interage diretamente com Gs. O modo de ligação do PCO371 rearranja a região intracelular em direção à conformação ativa sem propagação de sinal alostérico induzida extracelularmente. O PCO371 estabiliza a conformação significativamente curvada para fora da hélice transmembranar 6, o que facilita a ligação às proteínas G em vez de β-arrestinas. Além disso, o PCO371 se liga dentro do bolso intracelular altamente conservado, ativando 7 dos 15 GPCRs de classe B1. Nosso estudo identifica um novo e conservado bolso de ligação do agonista intracelular e fornece evidências de um mecanismo de sinalização tendencioso que tem como alvo a interface receptor-transdutor.

Os GPCRs compreendem a maior família de proteínas humanas e estão envolvidos em quase todos os processos fisiológicos. Consequentemente, são alvo de mais de 30% dos medicamentos comercializados7. Os agonistas ligam-se a uma bolsa extracelular de ligação ortostérica de GPCRs, que induz alterações conformacionais e estabiliza a conformação ativa do domínio transmembranar (TMD). As bolsas ortostéricas desenvolveram formas e sequências altamente diversas, o que possibilita respostas a uma variedade de estímulos extracelulares8. Além dos agonistas ortostéricos, numerosos moduladores alostéricos foram gerados, e estudos estruturais anteriores identificaram várias bolsas alostéricas9. Em comparação com os sítios ortostéricos, os sítios alostéricos tendem a ter uma maior variedade de resíduos de aminoácidos; portanto, ligantes alostéricos fornecem especificidade de subtipo para receptores. Embora estudos estruturais anteriores tenham revelado modos de reconhecimento precisos e específicos para ligantes ortostéricos e alostéricos por receptores individuais, bolsões de ligação de agonistas conservados em subtipos de receptores distintos ainda não foram descobertos10.

A maioria dos agonistas ativa múltiplas vias de sinalização, e alguns desses sinais ocasionalmente induzem efeitos farmacológicos adversos. Agonistas tendenciosos, que ativam preferencialmente um transdutor intracelular específico, têm o potencial de maximizar o impacto terapêutico enquanto reduzem os efeitos adversos10. Agonistas polarizados atuais comumente se ligam à metade extracelular da DTM, enquanto agonistas que se ligam ao lado intracelular, particularmente na interface receptor-transdutor, podem ser preferíveis para modulação precisa da ação de sinalização polarizada2. Até agora, seis estruturas de GPCRs ligados a ligantes intracelulares foram relatadas1,4,5,6,11,12. No entanto, a maioria destes são estruturas ligadas a antagonistas, e não há evidência estrutural de agonistas tendenciosos se ligando a uma bolsa transdutora intracelular1,4,5,6. Essa falta de conhecimento limita a capacidade de entender e ajustar esse agonismo com viés intracelular.