La estructura activada por adrenalina del β2-adrenoceptor estabilizada por un nanobody diseñado por ingeniería

Área de la Ciencia:

• Bioquímica y biología estructural.
• Farmacología molecular farmacología molecular.
• Estructura y función de las proteínas de membrana estructura y función.

Sus antecedentes:

• Los receptores acoplados a proteínas G (GPCR) son cruciales para la fisiología humana, pero sus mecanismos de activación son poco conocidos.
• La captura de GPCR en estado activo unidos a neurotransmisores nativos de baja afinidad ha sido un desafío significativo.
• Los estudios estructurales anteriores se basaron en ligandos de alta afinidad o en la estabilización del receptor a través de la mutagénesis.

Objetivo del estudio:

• Determinar la base estructural de la activación de GPCR por agonistas nativos.
• Para visualizar el estado activo del beta-2 adrenoceptor (β2AR) unido a su agonista endógeno, la adrenalina.
• Investigar el reconocimiento de ligandos conservados y los modos de activación en diferentes agonistas de GPCR.

Principales métodos:

• Se utilizó la evolución dirigida para diseñar un fragmento de anticuerpo camélido para estabilizar el estado activo de β2AR.
• Se empleó cristalografía de rayos X para obtener estructuras de alta resolución del β2AR. activado.
• Se determinaron las estructuras para el β2AR unido a tres agonistas distintos: BI167107, hidroxibencil isoproterenol y adrenalina.

Principales resultados:

• Se obtuvieron estructuras cristalinas del β2AR humano en estado activo unido a tres agonistas con afinidades que van desde 100 nM hasta ~80 pM.
• Se observó un modo de reconocimiento y activación de ligandos conservado a pesar de las diversas estructuras químicas y afinidades de los agonistas.
• La estructura β2AR ligada a la adrenalina mostró reorganizaciones específicas en el bucle extracelular tres y en la hélice transmembrana 6.
• Se identificó un enlace de hidrógeno mediado por agua entre dos tirosinas conservadas como un potencial estabilizador del estado activo de GPCR.

Conclusiones:

• Los fragmentos de anticuerpos diseñados pueden estabilizarse con éxito y permitir estudios estructurales de GPCR en estado activo con ligandos nativos.
• El β2AR exhibe un mecanismo de activación conservado, incluso con agonistas endógenos de baja afinidad como la adrenalina.
• La comprensión estructural de la activación β2AR proporciona una base para la comprensión de los receptores acoplados a la proteína G relacionados y para el desarrollo de fármacos.