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摘要G蛋白偶联受体（Gprotein-coupledreceptors，GPCR）是人体细胞信号转导通路中最大的膜蛋白受体家族，包含800多个受体。GPCR通过招募下游G蛋白或GRK/arrestin参与机体免疫应答、能量平衡、内分泌系统调节和神经系统信号传导等生理功能，GPCR结构和功能的异常与肥胖、糖尿病、心脑血管疾病和神经退行性疾病等的发生发展密切相关。目前市面上约三分之一的药物都以GPCR作为主要靶点，GPCR的结构生物学研究对于理解GPCR调控生理过程的分子机制以及靶向结构的合理药物设计至关重要。<br>　　下丘脑-垂体-肾上腺轴(hypothalamic-pituitary-adrenalaxis，HPAaxis)是机体调节应激反应最主要的神经内分泌网络，它通过神经信号和内分泌激素在下丘脑、垂体和肾上腺中的层层传递，刺激糖皮质激素的生成，从而抑制炎症反应、激活心血管系统、调节能量平衡和抑制生殖和消化系统。HPA轴紊乱会导致包括心脑血管疾病、肥胖、药物成瘾、抑郁、焦虑、创伤后遗症和精神分裂症等在内的各种疾病。许多GPCR能直接或间接通过正反馈或负反馈的方式调节HPA轴的活性，本课题选取直接参与HPA轴的促肾上腺皮质激素释放激素受体(corticotropin-releasingfactor1receptor,CRF1R)和黑素皮质素受体(melanocortin1receptor,MC1R)为研究对象，开展GPCR与G蛋白复合物的结构生物学研究。<br>　　在对CRF1R的研究中，我们解析了CRF1R与多肽配体-尿皮质素(urocortin1)UCN1和刺激性G蛋白(stimulatoryGprotein，Gs)复合物的冷冻电镜结构，分辨率达到3.0(A)，该结构和UCN1-CRF2R-Gs复合物结构一起阐明了CRF受体与多肽配体之间详细的相互作用。UCN1在两个结构中都采取单个直螺旋的构象，配体的C端和受体的胞外区结合，配体的N端插入受体跨膜区中激活受体。这种配体与受体的结合模式适用于所有B1类GPCR，并决定了该家族配体识别的特异性。尽管组成配体结合口袋的氨基酸随受体而异，但参与受体激活和偶联下游G蛋白的关键残基在B1类GPCR中高度保守，揭示了该家族受体激活和偶联G蛋白的通用机制。此外，在两个结构的受体跨膜区周围都发现了胆固醇分子，结合功能实验验证了脂质在GPCR发挥信号转导功能中的重要作用，该结构可用于后续膜蛋白与脂质之间相互作用的研究。<br>　　在对MC1R的研究中，我们解析了MC1R与Gs蛋白和内分泌激素α-MSH以及两个化学合成的多肽激动剂afamelanotide和SHU9119的冷冻电镜结构，分辨率分别为3.0(A)、2.7(A)和3.1(A)。这些结构揭示了受体与黑素皮质素保守的HFRW基序的正性结合口袋以及MC1R不同多肽配体之间差异活性的结构基础。此外，该结构还表明了该家族受体中保守的钙离子在介导受体与配体结合中的关键作用，并提供了黑素皮质素受体激活和偶联下游G蛋白的通用机制。<br>　　最后，本课题所解析的结构对于深入理解GPCR的信号转导机制具有重要的研究意义，并为针对促肾上腺皮质激素释放激素受体和黑素皮质素系统的靶向药物设计提供了结构模板。