G蛋白偶聯(lián)受體（G protein-coupled receptor, GPCR）的翻譯后修飾是細(xì)胞精細(xì)調(diào)控受體結(jié)構(gòu)和功能的重要機(jī)制之一。多種動(dòng)態(tài)可逆的翻譯后修飾能影響受體的蛋白質(zhì)合成、轉(zhuǎn)運(yùn)、激活、內(nèi)吞等過(guò)程，從而調(diào)控細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及相關(guān)生理功能。盡管近年來(lái)GPCR結(jié)構(gòu)藥理學(xué)的研究取得了顯著進(jìn)展，但對(duì)于不同類(lèi)型翻譯后修飾如何特異地調(diào)控GPCR結(jié)構(gòu)與活性的理解存在明顯不足。

近日，上?？萍即髮W(xué)iHuman研究所、生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院水雯箐課題組與復(fù)旦大學(xué)魯伯塤團(tuán)隊(duì)合作，在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然-化學(xué)生物學(xué)》（Nature Chemical Biology）上發(fā)表了題為”Post-translational modifications orchestrate the intrinsic signaling bias of GPR52”的研究論文。該工作系統(tǒng)探究了神經(jīng)退行性疾病的潛在靶點(diǎn)GPR52，全面鑒定了其N(xiāo)-糖基化與磷酸化修飾模式，揭示了位點(diǎn)特異的翻譯后修飾如何調(diào)節(jié)受體特殊的自激活構(gòu)象、下游多條信號(hào)通路以及受體依賴(lài)的亨廷頓病理蛋白累積。

GPR52是一種在大腦紋狀體中高度表達(dá)的孤兒受體，被認(rèn)為是亨廷頓疾病和精神分裂癥等疾病的潛在藥物靶點(diǎn)。GPR52具有極高的G蛋白通路組成性活性，徐菲課題組的前期研究表明，受體的第二胞外環(huán)可作為內(nèi)置激動(dòng)劑占據(jù)正構(gòu)口袋，促使受體發(fā)生自激活。本工作發(fā)現(xiàn)，相較于G蛋白通路的高組成性活性， GPR52在另一條β-arrestin通路上的組成性活性及激動(dòng)劑誘導(dǎo)活性均明顯降低，顯示出不同于其他GPCR的內(nèi)在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)偏向性（intrinsic signaling bias）。

圖1 GPR52 N-糖基化和磷酸化修飾位點(diǎn)分布

為探究GPR52內(nèi)在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)偏向性的分子機(jī)制，利用修飾質(zhì)譜技術(shù)對(duì)GPR52蛋白的翻譯后修飾進(jìn)行系統(tǒng)性分析（圖1）：在受體N端鑒定3個(gè)N-糖基化位點(diǎn)，在多個(gè)胞內(nèi)環(huán)、第8螺旋（helix 8）和C端共鑒定9個(gè)磷酸化位點(diǎn)；進(jìn)而發(fā)現(xiàn)特定位點(diǎn)的修飾水平隨激動(dòng)劑的刺激而發(fā)生改變。結(jié)構(gòu)質(zhì)譜和藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，N端20位N-糖基化可能通過(guò)調(diào)節(jié)第二胞外環(huán)的構(gòu)象促進(jìn)GPR52自激活構(gòu)象的形成，進(jìn)而影響受體介導(dǎo)的G蛋白通路活性。另一方面，對(duì)磷酸化模式的研究顯示，與傳統(tǒng)認(rèn)知相反，helix 8上的磷酸化具有自抑制功能，能夠抑制受體對(duì)β-arrestin2的招募并使受體的內(nèi)吞受阻。因此，本工作提出一個(gè)模型：helix 8的高本底磷酸化抑制了GPR52偶聯(lián)β-arrestin2活性，使受體難以自發(fā)脫敏和內(nèi)吞，可持續(xù)引發(fā)G蛋白通路信號(hào)，而受體的N-糖基化能進(jìn)一步提高G蛋白通路活性，從而產(chǎn)生內(nèi)在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)偏向性（圖2）。研究還在亨廷頓病的細(xì)胞模型中揭示，N-糖基化和磷酸化修飾對(duì)亨廷頓病理蛋白的累積起到相反作用，這為深入理解疾病機(jī)制提供了新的切入點(diǎn)。

綜上所述，本工作揭示了不同類(lèi)型翻譯后修飾對(duì)GPR52的獨(dú)特結(jié)構(gòu)特征與內(nèi)在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)偏向性的精確調(diào)控機(jī)制，為深入理解GPCR的激活、信號(hào)傳導(dǎo)及其生理功能的分子基礎(chǔ)提供了新的研究視角與見(jiàn)解。

圖2 N-糖基化與磷酸化協(xié)同調(diào)控GPR52內(nèi)在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)偏向性的模型

上?？萍即髮W(xué)iHuman研究所副研究員張冰潔為論文第一作者，生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2024級(jí)博士研究生葛巍、iHuman研究所博士后馬孟納也為論文作出重要貢獻(xiàn)。iHuman研究所研究員、生命學(xué)院常任副教授水雯箐與復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院魯伯塤教授為該論文的共同通訊作者。該工作得到了iHuman研究所徐菲教授以及國(guó)家蛋白質(zhì)科學(xué)研究（上海）設(shè)施、上海臨床研究中心曾嶸教授的幫助。上海科技大學(xué)為第一完成單位。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41589-025-01864-w