Structural basis for the tethered peptide activation of adhesion GPCRs

受体 跨膜结构域 G蛋白偶联受体 分子内力 生物物理学 化学 跨膜蛋白 结合位点 序列母题 立体化学 生物 生物化学 基因
作者
Yu-Qi Ping,Peng Xiao,Fan Yang,Ru-Jia Zhao,Shengchao Guo,Yan Xu,Xiang Wu,Chao Zhang,Yan Lü,Fenghui Zhao,Fulai Zhou,Yue-Tong Xi,Wanchao Yin,Fengzhen Liu,Dongfang He,Daolai Zhang,Zhongliang Zhu,Yi Jiang,Lutao Du,Shiqing Feng
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:604 (7907): 763-770 被引量:116
标识
DOI:10.1038/s41586-022-04619-y
摘要

Adhesion G-protein-coupled receptors (aGPCRs) are important for organogenesis, neurodevelopment, reproduction and other processes1-6. Many aGPCRs are activated by a conserved internal (tethered) agonist sequence known as the Stachel sequence7-12. Here, we report the cryogenic electron microscopy (cryo-EM) structures of two aGPCRs in complex with Gs: GPR133 and GPR114. The structures indicate that the Stachel sequences of both receptors assume an α-helical-bulge-β-sheet structure and insert into a binding site formed by the transmembrane domain (TMD). A hydrophobic interaction motif (HIM) within the Stachel sequence mediates most of the intramolecular interactions with the TMD. Combined with the cryo-EM structures, biochemical characterization of the HIM motif provides insight into the cross-reactivity and selectivity of the Stachel sequences. Two interconnected mechanisms, the sensing of Stachel sequences by the conserved 'toggle switch' W6.53 and the constitution of a hydrogen-bond network formed by Q7.49/Y7.49 and the P6.47/V6.47φφG6.50 motif (φ indicates a hydrophobic residue), are important in Stachel sequence-mediated receptor activation and Gs coupling. Notably, this network stabilizes kink formation in TM helices 6 and 7 (TM6 and TM7, respectively). A common Gs-binding interface is observed between the two aGPCRs, and GPR114 has an extended TM7 that forms unique interactions with Gs. Our structures reveal the detailed mechanisms of aGPCR activation by Stachel sequences and their Gs coupling.
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