利用生成式蛋白质设计参考标记物实现GPCR配体诱导构象的冷冻电镜可视化

《Nature Communications》：Designing rigid protein fiducials to visualize GPCR conformational states

摘要

G蛋白偶联受体（GPCRs）介导精确的配体特异性信号谱，但在缺乏信号传导伙伴或模拟物的情况下，配体如何改变受体构象景观的结构可视化一直颇具挑战。在此，我们证明通过将生成式蛋白质设计与基于深度学习的集合预测相结合，我们可以可靠地设计参考标记物，以促进GPCRs在任意融合点的低温电子显微镜（cryoEM）成像，从而实现对以往难以处理状态的可视化。我们通过对四种药物相关GPCRs非激活状态结构的高通量测定来验证该方法，使每个案例中的受体药理学关键细节得以解析。随后，我们为原型的β2肾上腺素能受体设计了一个胞外参考标记物，该标记物使得在缺乏G蛋白的情况下，直接结构表征关键胞内基序的重排成为可能。与最近的共折叠模型的比较突显了当前预测配体诱导的GPCR构象方法中的重大差距。这些结果提供了一个可推广的框架，用于获取小动态蛋白质传统上无法接近的结构状态。