摘要
G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptor，GPCR）是细胞膜上一类具有7次跨膜螺旋结构的重要的蛋白感受器，可以介导细胞响应多种信号分子。它们在各种生理和病理过程中起着重要的作用。五羟色胺2A受体（serotonin2A receptor，5-HT2AR）属于A族GPCR。它广泛分布于中枢神经系统中，既可以介导突触传递兴奋效应也可以介导突触传递抑制效应。其结构和功能异常与许多疾病有关，包括精神分裂症、抑郁、焦虑等，是治疗多种神经系统疾病和精神疾病的药物靶点。研究表明一些GPCR可以通过单体行使功能，也可以通过二聚体或者寡聚体行使功能与整合信号，其作用界面是潜在的药物干预位点。但是针对5-HT2AR二聚体的结构以及不同构象与功能的关联研究并不清楚。 在本课题中，结合Halo-tag标记技术、半胱氨酸定点突变技术以及CuP诱导半胱氨酸交联技术在HEK293细胞过表达体系中对5-HT2AR作用界面进行了研究。首先，我们确定了5-HT2AR同源二聚体在静息态时其跨膜区的相互作用界面是由跨膜螺旋TM1、4、5组成。由于螺旋之间跨度很大，我们推测为2个独立的界面，一个界面由TM1组成另一个是由TM4、5组成。其次，我们发现受体结合激动剂时TM1、4、5的交联率下降，而结合拮抗剂时TM1、4交联率回复上升而TM5交联率却继续下降，说明当拮抗剂使受体处于非激活状态时，5-HT2AR同源二聚体跨膜区的相互作用界面是由跨膜螺旋TM1、4组成的，而TM5-TM5的相互作用界面对配体敏感，并不倾向于参与受体在激活态或非激活态的二聚体界面组成。当我们将5-HT2AR二聚体的TM1、4固定在相互作用界面时对其进行功能检测，发现5-HT2AR可以被其激动剂激活但是激活程度显著降低。综合表明5-HT2AR处于非激活态时其二聚体跨膜区的界面主要是TM1、TM4。 最后，在5-HT2AR二聚体界面结构基础上，我们通过做半胱氨酸定点双突变同时固定TM1、4或者TM1、5或者TM4、5为受体跨膜区相互作用的界面，结果显示不仅有单体、二聚体，还会出现寡聚体，并且TM1、4、5都是5-HT2AR寡聚体的单体间相互作用的界面。根据实验结果我们也推断出5-HT2AR在静息状态下在细胞膜上的排列模式。 综上所述，本研究揭示了5-HT2AR二聚体跨膜结构域在受体处于非激活状态时的构象，并且在人工诱导下发现了寡聚体的单体间相互作用界面。研究结果将为针对5-HT2AR药物设计和开发提供理论依据，同时为其他A族的GPCR作用界面研究提供参考模型。
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