Cell Discovery | 王明伟/应天雷/杨德华合作团队揭示病毒G蛋白偶联受体的同源三聚体结构

UL78是一种由人类巨细胞病毒（Human cytomegalovirus, HCMV）编码的G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptor, GPCR），和人源GPCR的相似度低。它既可与人类CXCR4和CCR5形成异二聚体来影响宿主细胞的信号转导，也能以寡聚化方式调节其他病毒和宿主GPCR的功能。2024年5月16日，由三亚深海化合物资源中心王明伟讲座教授、复旦大学应天雷研究员和国家新药筛选中心杨德华研究员领衔的合作团队在《Cell Discovery》上报道了UL78的冷冻电镜结构，揭示了一种前所未见的GPCR寡聚体形式—同源三聚体。

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图1. 论文标题

疱疹病毒通过在宿主细胞中表达其编码的GPCR来改变后者的信号通路以实现其生存、复制和致病。作为一种普遍存在的疱疹病毒，HCMV编码了四种病毒GPCR（viral GPCRs, vGPCRs）：US27、US28、UL33和UL78。前三者与趋化因子受体（如CXCR3、CX3CR1、CCR10和CXCR1）的同源性约为30%¹，而UL78与人类GPCR的同源性很低²。一般认为vGPCR介导的信号通路模式包括通过配体−受体−效应蛋白复合物进行配体依赖性的信号转导（如US28）和通过受体−效应蛋白复合物进行配体非依赖性、组成性的信号转导（如US27），但vGPCR寡聚体化已获得越来越多实验支持^3,4。UL78和UL33可与人类CXCR4或CCR5形成异二聚体，也可形成寡聚体，由此实现对其他vGPCR和宿主GPCR的功能调节^4,5。

本研究团队首次报道了UL78同源三聚体的冷冻电镜结构，分辨率为3.12 Å（图2）。UL78整体结构呈三重对称，每个亚单位与其他两个亚单位紧密接触（图2a-c）。UL78的第二个胞内环（ICL2）和第七跨膜螺旋（TM7）胞内侧的向内运动占据了受体的胞内侧口袋，阻碍了G_i蛋白羧基端的插入（图2d）。从胞外侧看，受体的正构位点被向内折叠的第二个胞外环（ECL2）明显覆盖，而后者与周围跨膜螺旋形成众多的极性作用（图2e）。UL78同源三聚体界面由TMs 3-6、ICL1和ICL2组成，总面积为7,956 Å²。三聚体界面的中央是由三个亚单位的TM5紧密堆积形成，而TM5胞外侧和胞内侧分别被相邻亚单位的TM4和TM3夹住。此外，TM6与相邻亚单位的TM4平行堆叠。UL78通过这种独特的同源三聚体结合模式，利用最多的残基（68个位置）和四个跨膜螺旋，构建了面积最大的跨膜结构域界面，超越了所有已报道的GPCR结构。

显然，这种全新的、具有最紧密跨膜域堆积模式的同源三聚体结构不仅可在细胞膜和细胞质间转运，而且会与US28、CCR5和CXCR4进行异二聚化，进一步探索该发现的生物学意义将拓展人们对GPCR结构与功能的认识。

三亚深海化合物资源中心研究助理陈燕艳、复旦大学基础医学院博士研究生李扬和复旦大学基础医学院青年研究员周庆同为论文的共同第一作者。该项工作获得了国家自然科学基金委员会、国家科学技术部、海南省科技厅和中国博士后科学基金委员会等机构的经费资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41421-024-00684-x

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图2. 病毒G蛋白偶联受体UL78的同源三聚体的冷冻电镜结构

参考文献

1. Vischer, H. F., Leurs, R. & Smit, M. J. HCMV-encoded G-protein-coupled receptors as constitutively active modulators of cellular signaling networks. Trends Pharmacol Sci 27, 56-63 (2006).

2. Rosenkilde, M. M., Tsutsumi, N., Knerr, J. M., Kildedal, D. F. & Garcia, K. C. Viral G Protein-Coupled Receptors Encoded by β- and γ-Herpesviruses. Annu Rev Virol 9, 329-351 (2022).

3. Tschische, P., Tadagaki, K., Kamal, M., Jockers, R. & Waldhoer, M. Heteromerization of human cytomegalovirus encoded chemokine receptors. Biochem Pharmacol 82, 610-619 (2011).

4. Tadagaki, K. et al. Human cytomegalovirus-encoded UL33 and UL78 heteromerize with host CCR5 and CXCR4 impairing their HIV coreceptor activity. Blood 119, 4908-4918 (2012).

5. Wagner, S. et al. The 7-transmembrane protein homologue UL78 of the human cytomegalovirus forms oligomers and traffics between the plasma membrane and different intracellular compartments. Arch Virol 157, 935-949 (2012).

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