Structure-based identification of a G protein–biased allosteric modulator of cannabinoid receptor CB1

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作者
Siyuan Shen,Chao Wu,Guifeng Lin,Xin Yang,Yangli Zhou,Chang Zhao,Zhuang Miao,Xiaowen Tian,Kexin Wang,Zhiqian Yang,Zhiyu Liu,Nihong Guo,Yueshan Li,Anjie Xia,Pei Zhou,Jingming Liu,Wei Yan,Bowen Ke,Shengyong Yang,Zhenhua Shao
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:121 (24) 被引量:2
标识
DOI:10.1073/pnas.2321532121
摘要

Cannabis sativa is known for its therapeutic benefit in various diseases including pain relief by targeting cannabinoid receptors. The primary component of cannabis, Δ9-tetrahydrocannabinol (THC), and other agonists engage the orthosteric site of CB1, activating both Gi and β-arrestin signaling pathways. The activation of diverse pathways could result in on-target side effects and cannabis addiction, which may hinder therapeutic potential. A significant challenge in pharmacology is the design of a ligand that can modulate specific signaling of CB1. By leveraging insights from the structure–function selectivity relationship (SFSR), we have identified Gi signaling–biased agonist-allosteric modulators (ago-BAMs). Further, two cryoelectron microscopy (cryo-EM) structures reveal the binding mode of ago-BAM at the extrahelical allosteric site of CB1. Combining mutagenesis and pharmacological studies, we elucidated the detailed mechanism of ago-BAM-mediated biased signaling. Notably, ago-BAM CB-05 demonstrated analgesic efficacy with fewer side effects, minimal drug toxicity and no cannabis addiction in mouse pain models. In summary, our finding not only suggests that ago-BAMs of CB1 provide a potential nonopioid strategy for pain management but also sheds light on BAM identification for GPCRs.
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