The oxytocin signaling complex reveals a molecular switch for cation dependence

催产素受体 催产素 受体 细胞生物学 加压素 G蛋白偶联受体 生物 化学 生物物理学 信号转导 跨膜结构域 生物化学 神经科学 内分泌学
作者
Justin Meyerowitz,Michael J. Robertson,Ximena Barros-Álvarez,Ouliana Panova,Robert M. Nwokonko,Yang Gao,Georgios Skiniotis
出处
期刊:Nature Structural & Molecular Biology [Nature Portfolio]
卷期号:29 (3): 274-281 被引量:44
标识
DOI:10.1038/s41594-022-00728-4
摘要

Oxytocin (OT) and vasopressin (AVP) are conserved peptide signaling hormones that are critical for diverse processes including osmotic homeostasis, reproduction, lactation and social interaction. OT acts through the oxytocin receptor (OTR), a magnesium-dependent G protein-coupled receptor that is a therapeutic target for treatment of postpartum hemorrhage, dysfunctional labor and autism. However, the molecular mechanisms that underlie OTR activation by OT and the dependence on magnesium remain unknown. Here we present the wild-type active-state structure of human OTR bound to OT and miniGq/i determined by cryo-EM. The structure reveals a unique activation mechanism adopted by OTR involving both the formation of a Mg2+ coordination complex between OT and the receptor, and disruption of transmembrane helix 7 (TM7) by OT. Our functional assays demonstrate the role of TM7 disruption and provide the mechanism of full agonism by OT and partial agonism by OT analogs. Furthermore, we find that the identity of a single cation-coordinating residue across vasopressin family receptors determines whether the receptor is cation-dependent. Collectively, these results demonstrate how the Mg2+-dependent OTR is activated by OT, provide essential information for structure-based drug discovery efforts and shed light on the molecular determinants of cation dependence of vasopressin family receptors throughout the animal kingdom.
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