Strukturelle Grundlagen der Amin-Geruchswahrnehmung durch einen Säugetier-Geruchsrezeptor | Shijiazhuang Agile Peak Ventures Co., Ltd

Nature Band 618, Seiten 193–200 (2023)Diesen Artikel zitieren

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Geruchsstoffe werden als Geruch im Nasenepithel von Säugetieren durch zwei G-Protein-gekoppelte Rezeptorfamilien erkannt, die Geruchsrezeptoren und die Spurenamin-assoziierten Rezeptoren1,2 (TAARs). TAARs entstanden nach der Divergenz von Fischen mit und ohne Kiefer und umfassen eine große monophyletische Familie von Rezeptoren, die flüchtige Amin-Geruchsstoffe erkennen, um sowohl intraspezifische als auch interspezifische angeborene Verhaltensweisen wie Anziehung und Abneigung hervorzurufen3,4,5. Hier berichten wir über kryoelektronenmikroskopische Strukturen von Maus-TAAR9 (mTAAR9) und mTAAR9–Gs- oder mTAAR9–Golf-Trimeren im Komplex mit β-Phenylethylamin, N,N-Dimethylcyclohexylamin oder Spermidin. Die mTAAR9-Strukturen enthalten eine tiefe und enge Ligandenbindungstasche, die mit einem konservierten D3.32W6.48Y7.43-Motiv verziert ist, das für die Erkennung von Amin-Geruchsstoffen wesentlich ist. In der mTAAR9-Struktur ist für die Agonisten-induzierte Rezeptoraktivierung eine einzigartige Disulfidbindung erforderlich, die den N-Terminus mit ECL2 verbindet. Wir identifizieren wichtige Strukturmotive von Mitgliedern der TAAR-Familie für den Nachweis von Monoaminen und Polyaminen sowie die gemeinsame Sequenz verschiedener TAAR-Mitglieder, die für die Erkennung derselben Geruchschemikalie verantwortlich sind. Wir klären die molekulare Basis der mTAAR9-Kopplung an Gs und Golf durch strukturelle Charakterisierung und Mutationsanalyse auf. Zusammenfassend stellen unsere Ergebnisse eine strukturelle Grundlage für die Erkennung von Geruchsstoffen, die Rezeptoraktivierung und die Golf-Kopplung eines Amin-Geruchsrezeptors dar.

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Alle in dieser Studie erzeugten oder analysierten Daten sind im Haupttext oder den ergänzenden Materialien enthalten. Die Kryo-EM-Dichtekarten und Atomkoordinaten wurden in der Electron Microscopy Data Bank unter den Zugangscodes EMD-35762 (SPE-mTAAR9-Gs-Komplex), EMD-35763 (PEA-mTAAR9-Gs-Komplex) und EMD-35705 (DMCHA) hinterlegt –mTAAR9–Gs-Komplex), EMD-35764 (CAD–mTAAR9–Gs-Komplex), EMD-35761 (PEA–mTAAR9–Golf-Komplex), EMD-35765 (lokale Verfeinerung für den SPE–mTAAR9-Komplex) und EMD-35771 (lokal Verfeinerung für PEA–mTAAR9 im PEA–mTAAR9–Gs-Komplex) und Proteindatenbank unter den Zugangscodes 8IW4 (SPE–mTAAR9–Gs-Komplex), 8IW7 (PEA–mTAAR9–Gs-Komplex), 8ITF (DMCHA–mTAAR9–Gs-Komplex). ), 8IW9 (CAD-mTAAR9-Gs-Komplex), 8IW1 (PEA-mTAAR9-Golf-Komplex), 8IWE (lokale Verfeinerung für den SPE-mTAAR9-Komplex) und 8IWM (lokale Verfeinerung für PEA-mTAAR9 im PEA-mTAAR9-Gs-Komplex). ). Alle weiteren Daten sind auf Anfrage bei den entsprechenden Autoren erhältlich.

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Diese Arbeit wurde vom National Key R&D Program of China (2022YFC2702600 an FY, 2018YFC1003600 an XY und J.-PS, 2019YFA0904200 an J.-PS, 2021ZD0203100 an Q. Li und 2022YFA1104003 an YX), dem National Science Fund for Distinguished Young Scholar, unterstützt s Grant (81825022 an J.-PS), National Science Fund for Excellent Young Scholars (82122070 an FY und 32122038 an QL), National Natural Science Foundation of China (81773704 an J.-PS und 92057121 an XY), das Schlüsselforschungsprojekt der Beijing Natural Science Foundation, China (Z200019 an J.-PS), Major Fundamental Research Program der Natural Science Foundation der Provinz Shandong, China (ZR2021ZD18 an XY und ZR2020MH132 an S. Liu), das Grundlagenforschungsprojekt der Science and Technologiekommission der Stadt Shanghai (21JC1404500 an QL), Schlüsselforschungs- und Entwicklungsprojekt der Provinz Shandong (2021CXGC011105 an YX) und Shuguang-Programm, unterstützt von der Shanghai Education Development Foundation und der Shanghai Municipal Education Commission (21SG16 an QL). Die molekularen Simulationen wurden auf der HPC Cloud Platform der Shandong University durchgeführt. Wir danken Y. Yin und W. Shui für die Datenerfassung. SDL ist Forscher am Howard Hughes Medical Institute.

Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Lulu Guo, Jie Cheng, Shuo Lian, Qun Liu, Yan Lu, Yuan Zheng, Kongkai Zhu

Advanced Medical Research Institute, Meili Lake Translational Research Park, Cheeloo College of Medicine, Shandong University, Jinan, China

Lulu Guo, Jie Cheng, Kongkai Zhu, Xiang Han, Shangming Liu, Fan Yang und Jin-Peng Sun

Abteilung für Biochemie und Molekularbiologie, Medizinische Fakultät der Shandong-Universität, Jinan, China

Lulu Guo, Qun Liu, Yan Lu, Chao Zhang, Naikang Rong, Yuming Zhuang, Guoxing Fang, Jingjing Jiang, Tianyao Zhang, Xiang Han, Zili Liu, Fan Yang und Jin-Peng Sun

Schlüssellabor für experimentelle Teratologie des Ministeriums für Bildung und der Abteilung für Physiologie, School of Basic Medical Sciences, Shandong University, Jinan, China

Jie Cheng & Xiao Yu

Abteilung für Physiologie und Pathophysiologie, School of Basic Medical Sciences, Universität Peking, Schlüssellabor für molekulare Herz-Kreislauf-Wissenschaft, Bildungsministerium, Peking, China

Jie Cheng, Yuan Zheng & Jin-Peng Sun

Abteilung für Allgemeine Chirurgie, Qilu-Krankenhaus der Shandong-Universität, Jinan, China

Shuo Lian, Minghui Zhang und Yunfei Xu

Songjiang-Institut und Songjiang-Krankenhaus, Medizinische Fakultät der Jiao Tong-Universität Shanghai, Shanghai, China

Yalei Kong & Qian Li

Zentrum für Hirnforschung, Shanghai Children's Medical Center, School of Medicine, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, China

Yalei Kong & Qian Li

Abteilung für Anatomie und Physiologie, Bildungsministerium – Shanghai Key Laboratory of Children’s Environmental Health im Xinhua Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai, China

Yalei Kong & Qian Li

Abteilung für Hals-Nasen-Ohrenheilkunde, Provinzkrankenhaus Shandong, angegliedert an die Shandong First Medical University, Shandong, China

Ming Xia

MOE Key Laboratory for Nonequilibrium Synthesis and Modulation of Condensed Matter, School of Physics, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, China

Lei Zhang

Howard Hughes Medical Institute, Abteilung für Zellbiologie, Harvard Medical School, Boston, MA, USA

Stephen D. Liberles

Shanghai Research Center for Brain Science and Brain-Inspired Intelligence, Shanghai, China

Qian Li

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J.-PS und Q. Li initiierten die Untersuchung der TAAR-Geruchsrezeptoren. J.-PS, YX und FY organisierten das Projekt. J.-PS, XY und FY entwarfen und überwachten den gesamten experimentellen Entwurf und die Durchführung. J.-PS, YX, FY, LG und JC beteiligten sich an der Datenanalyse und -interpretation. J.-PS und FY leiteten alle Strukturanalysen. Q. Li und SDL stellten originale und modifizierte TAAR-Plasmide zur Verfügung und organisierten zusammen mit J.-PS, XY und FYLG funktionelle Experimente, während Q. Liu Rezeptorscreenings für Strukturstudien entwarf und durchführte. YK, LG, Q. Liu und Q. Li generierten das mTAAR9-Insektenzellexpressionskonstrukt. LG, Y. Zheng und YX erstellten die komplexen Reinigungsprotokolle PEA–mTAAR–Gs–scFv16, SPE–mTAAR–Gs–scFv16 und PEA–mTAAR9–Golf–scFv16 und bereiteten Proben für Kryo-EM vor. JC, S. Lian und YL generierten mTAAR9-Konstrukte und Mutanten für die zellbasierten G-Protein-Aktivitätstests. JC, S. Lian, XH, S. Liu und YL entwarfen Ligandenbindungstaschen- und G-Protein-Interaktionsmutanten. JC, S. Lian, XY und YL etablierten den Golf-Gβγ-Dissoziationstest. YL führte den Massenspektrometrietest durch. KZ baute die Bindungsmodi von Octanal und Propionat in der Ligandentasche der entsprechenden berichteten Geruchsrezeptoren Olfr2 und Olfr78 auf. KKZ und MZ führten Molekulardynamiksimulationen für Liganden innerhalb der mTAAR9-Komplexstrukturen durch. CZ führte Molekulardynamiksimulationen für das Apo-mTAAR9-Modell und das PEA-mTAAR9-Gαsβ1γ13-Modell durch. LG, MZ, NR, JJ, Q. Liu, TZ, GF, Y. Zhuang, LZ und Y. Zheng bereiteten die Kryo-EM-Gitter vor und sammelten die Kryo-EM-Daten für SPE–mTAAR9–Gs–scFv16, PEA– mTAAR9–Gs–scFv16-, PEA–mTAAR9–Golf–scFv16-, DMCHA–mTAAR9–Gs–scFv16- und CAD–mTAAR9–Gs–scFv16-Komplexe. J.-PS hat das erste Manuskript geschrieben. FY, Q. Li, LG, MX und XY sorgten für wichtige Diskussionen und wesentliche Überarbeitungen. Y. Zheng und JC stellten Abb. 1a–c zur Verfügung. FY, LG, YL, MX und YX lieferten Abbildungen. 1–5. FY, JC, LG, S. Lian und MZ lieferten erweiterte Datenzahlen.

Korrespondenz mit Yunfei Xu, Fan Yang, Qian Li oder Jin-Peng Sun.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Nature dankt den anonymen Gutachtern für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit. Peer-Review-Berichte sind verfügbar.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

a, Die Proteinspiegel von TAAR-Rezeptoren in der Plasmamembranfraktion, einschließlich 6 hTAARs, 13 mTAARs und 16 rTAARs, die in Sf9-Zelllinien unter Verwendung eines Bac-to-Bac® (Invitrogen)-Baculovirus-Expressionssystems überexprimiert wurden. Die Daten werden als Mittelwert ± SEM aus 3 unabhängigen Experimenten (n = 3) dargestellt. be, Die meisten Geruchsrezeptoren, einschließlich TAARs, sind dafür bekannt, dass sie mit heterologen Expressionssystemen sehr niedrige Expressionsniveaus verwenden, entweder in Baculovirus-Insektenzellen oder in Säugetier-HEK293-Zellen. Wir haben daher die Proteinniveaus von 35 TAAR-Mitgliedern in der Plasmamembranfraktion gescreent. darunter 6 beim Menschen (hTAARs), 13 bei Mäusen (mTAARs, außer mTAAR8b und mTAAR8c) und 16 bei Ratten (rTAARs, außer rTAAR8a), unter Verwendung von Spodoptera frugiperda (Sf9)-Insektenzellen und dem Bac-to-Bac® (Invitrogen)-Baculovirus-System . Bemerkenswert ist, dass nur mTAAR1, mTAAR9, rTAAR7d, hTAAR5 und hTAAR6 auf der Plasmamembran nachgewiesen wurden, wobei die Ausbeuten zwischen etwa 0,11 und 0,21 mg/l lagen. f, Repräsentative Größenausschlusschromatographie-Elutionsprofile der gereinigten mTAAR9-Golf-, mTAAR1-Golf-, rTAAR7d-Golf-, hTAAR6-Golf- und hTAAR5-Golf-Komplexe unter Verwendung von Superose 6, Erhöhung 10/300 GL. Die Größenausschlusschromatographie zeigte, dass nur mTAAR9 homogene und stabile Komplexe mit dem Golf-Trimer (Gβ1-Gγ2) bildete, wohingegen alle vier anderen TAAR-Gαolf-Gβ1-Gγ2-Komplexe und TAAR im Komplex mit Gαolf-Gβ1-Gγ13 instabil waren und häufig eine konstante Reaktion aufwiesen Dissoziation. Die Peaks der Größenausschlusschromatographie sind durch Dreiecke markiert. g, Repräsentative Größenausschlusschromatographie-Elutionsprofile der gereinigten mTAAR9-Gs-, mTAAR1-Gs-, rTAAR7d-Gs-, hTAAR6-Gs- und hTAAR5-Gs-Komplexe unter Verwendung von Superose 6, Erhöhung 10/300 GL. Die Größenausschlusschromatographie zeigte, dass nur mTAAR9 und mTAAR1 homogene und stabile Komplexe mit dem Gs-Trimer (Gβ1-Gγ2) bildeten, wohingegen alle drei anderen TAAR-Gs-Komplexe instabil waren und häufig einer ständigen Dissoziation unterzogen wurden. Die Peaks der Größenausschlusschromatographie sind durch Dreiecke markiert.

a, Die Wirksamkeit und Wirksamkeit der Gα- (einschließlich Golf, Gs, Gi1-3, Go und Gq)-Gβγ-Dissoziation als Reaktion auf die Stimulation mit verschiedenen Agonisten in mTAAR9-überexprimierenden HEK293-Zellen. Die Heatmap wird entsprechend dem Wert von pEC50 und Emax eingefärbt. ND, Signal nicht erkennbar. Die Werte wurden aus drei unabhängigen Experimenten für mTAAR9 gemittelt (n = 3). Abkürzungen: SPE, Spermidin; T1AM, 3-Jodthyronamin; DMCHA, N,N-Dimethylcyclohexylamin; IAA, Isoamylamin; IBA, Isobutylamin; TMA, Trimethylamin; CHA, Cyclohexylamin; 1-MPD, 1-Methylpiperidin; PEA, β-Phenylethylamin; CAD, Kadaverin; PTC, Putrescin. b, Dosis-Wirkungs-Kurven der Gα- (einschließlich Golf, Gs, Gi1-3, Go und Gq)-Gβγ-Dissoziation in mTAAR9-überexprimierenden HEK293-Zellen als Reaktion auf die Stimulation mit verschiedenen Duftstoffagonisten (SPE, SEP-363856, T1AM, DMCHA, IAA, IBA, TMA, CHA, 1-MPD, PEA, CAD und PTC). Die Werte werden als Mittelwert ± SEM von 3 unabhängigen Experimenten (n = 3) dargestellt.

ad, Dosis-Wirkungs-Kurven der durch SPE (a), DMCHA (b), PEA (c) und CAD (d) induzierten Gαs-Gβγ-Dissoziation in mTAAR9- oder BRIL-mTAAR9-überexprimierenden Zellen. Die Werte werden als Mittelwert ± SEM von 3 unabhängigen Experimenten (n = 3) dargestellt. Um die Rezeptorexpression zu erhöhen, wurde thermostabilisiertes Cytochrom b562RIL (BRIL) am N-Terminus von mTAAR9 voller Länge eingebaut, und es wurde festgestellt, dass das chimäre Protein eine ähnliche G-Protein-Kopplungsaktivität wie Wildtyp-mTAAR9 aufweist. eh, Dosis-Wirkungs-Kurven von SPE (e), DMCHA (f), PEA (g) und CAD (h) induzierten Gαs-Gβγ oder modifizierte Gαs (modGαs)-Gβγ-Dissoziation in mTAAR9-überexprimierenden Zellen. Die Werte werden als Mittelwert ± SEM von 3 unabhängigen Experimenten (n = 3) dargestellt. Eine modifizierte Gαs-Chimäre (modGαs) wurde auf Basis des Mini-Gs-Gerüsts erzeugt, wobei der N-Terminus von Gs (Rest 1 bis Rest 25) durch Gαi1 (Rest 1 bis Rest 18) ersetzt wurde, um die Bindung und den Ersatz von scFv16 zu erleichtern der GGSGGSGG-Linker an der Position der ursprünglichen Gαs-α-helikalen Domäne (AHD, V65-L203) mit der von menschlichem Gi1 (G60-K180). In HEK293-Zellen weist die modGαs-Chimäre ein ähnliches pharmakologisches Profil im G-Protein-Dissoziationstest nach der mTAAR9-Aktivierung als Reaktion auf Stimulationen von SPE, DMCHA, PEA oder CAD auf. il, Dosis-Wirkungs-Kurven der durch SPE (i), DMCHA (j), PEA (k) und CAD (l) induzierten Gαolf-Gβγ- oder modifizierten Gαolf (modGαolf)-Gβγ-Dissoziation in mTAAR9-überexprimierenden Zellen. Die Werte werden als Mittelwert ± SEM von 3 unabhängigen Experimenten (n = 3) dargestellt. Eine modifizierte Gαolf-Chimäre wurde auf Basis des Mini-Golf-Gerüsts erzeugt, wobei der N-Terminus von Golf (Rest 1 bis Rest 27) durch Gαi1 (Rest 1 bis Rest 18) ersetzt wurde, um die Bindung von scFv16 zu erleichtern. Das modGαolf wurde in Insektenzellen exprimiert und gereinigt, um die mTAAR9-Komplexe für Kryo-EM-Studien zu stabilisieren. In HEK293-Zellen weist die modifizierte Gαolf-Chimäre ein ähnliches pharmakologisches Profil im G-Protein-Dissoziationstest nach der mTAAR9-Aktivierung als Reaktion auf SPE, DMCHA, PEA oder CAD auf. mq, Repräsentative Elutionsprofile des in vitro rekonstituierten SPE-mTAAR9-Gs-scFv16-Komplexes (m), PEA-mTAAR9-Gs-scFv16-Komplex (n), PEA-mTAAR9-Golf-scFv16-Komplex (o), DMCHA-mTAAR9-Gs –scFv16-Komplex (p) und CAD-mTAAR9-Gs-scFv16-Komplex (q). auf der Superose 6-Erhöhungssäule 10/300 und repräsentative SDS-PAGE-Ergebnisse der Größenausschlusschromatographie-Peaks.

a, Repräsentative Kryo-EM-Aufnahme und zweidimensionale (2D) Klassenmittelwerte von SPE-mTAAR9-Gs-Partikeln (Maßstabsbalken: 100 nm). Es wurden repräsentative Kryo-EM-Aufnahmen aus 7132 Filmen und repräsentative zweidimensionale Klassendurchschnitte gezeigt, die anhand von etwa 193217 Partikeln nach 3D-Klassifizierung ermittelt wurden. b, Flussdiagramm für die dreidimensionale (3D) Klassifizierung von SPE-mTAAR9-Gs-Partikeln. Es werden repräsentative Kryo-EM-Aufnahmen aus 7.132 Filmen und repräsentative 2D-Klassenmittelwerte gezeigt, die anhand von etwa 193.217 Partikeln nach 3D-Klassifizierung ermittelt wurden. Wir haben eine alleinige Rezeptormaske für SPE-mTAAR9-Gs-Komplexstrukturen durchgeführt. Das Ergebnis zeigte, dass die Maskierung der Rezeptorregion in SPE-mTAAR9-Gs-Komplexen die Kartenqualität einer spezifischen Region von mTAAR9 deutlich verbesserte. c: Fourier-Schalen-Korrelationskurven für die endgültige 3D-Dichtekarte von SPE-mTAAR9-Gs-Partikeln. Beim FSC-Grenzwert von 0,143 beträgt die Gesamtauflösung der Karte 3,5 Å. d, 3D-Dichtekarte, gefärbt entsprechend der lokalen Auflösung (Å) des SPE-mTAAR9-Gs-Trimerkomplexes. e, Repräsentative Kryo-EM-Aufnahme und 2D-Klassenmittelwerte von PEA-mTAAR9-Gs-Partikeln (Maßstabsbalken: 100 nm). Es wurden repräsentative Kryo-EM-Aufnahmen aus 8.025 Filmen und repräsentative zweidimensionale Klassendurchschnitte gezeigt, die anhand von etwa 463.012 Partikeln nach 3D-Klassifizierung ermittelt wurden. f, Flussdiagramm für die 3D-Klassifizierung von PEA-mTAAR9-Gs-Partikeln. Dargestellt sind repräsentative Kryo-EM-Aufnahmen aus 8.025 Filmen und repräsentative 2D-Klassenmittelwerte, die anhand von etwa 463.012 Partikeln nach 3D-Klassifizierung ermittelt wurden. Wir haben eine alleinige Rezeptormaske für PEA-mTAAR9-Gs-Komplexstrukturen durchgeführt. Das Ergebnis zeigte, dass die Maskierung der Rezeptorregion in PEA-mTAAR9-Gs-Komplexen die Kartenqualität einer bestimmten Region von mTAAR9 deutlich verbesserte. g, Fourier-Schalen-Korrelationskurven für die endgültige 3D-Dichtekarte von PEA-mTAAR9-Gs-Partikeln. Beim FSC-Grenzwert von 0,143 beträgt die Gesamtauflösung der Karte 3,0 Å. h, 3D-Dichtekarte, gefärbt entsprechend der lokalen Auflösung (Å) des PEA-mTAAR9-Gs-Trimerkomplexes. i, Dreidimensionale (3D) Darstellung des N-Terminus, ECL1 und ECL2 von mTAAR9 im CAD-mTAAR9-Gs-Komplex, Olfr78 (vorhergesagt durch AlphaFold 2), β2AR (PDB: 3SN6) und D1R (PDB: 7X2F). Die Elektronendichte oder EM-Dichte des N-Terminus wird in der Kristallstruktur des β2AR-Gs-Komplexes und in der EM-Struktur des D1R-Komplexes nicht beobachtet. Der N-Terminus von β2AR und D1R ist vermutlich ungeordnet. In der von Alphafold2 vorhergesagten Olfr78-Struktur wird der N-Terminus zwischen ECL1 und ECL2 eingefügt. Im Gegensatz dazu verläuft der N-Terminus von mTAAR9 über ECL1 und erreicht die Spitze von ECL2.

ac, Kryo-EM-Dichtekarten und -modelle werden für TM1, TM2, TM3, TM4, TM5, TM6, TM7 von mTAAR9 und die α5-Helix von Gαs/Gαolf im SPE-mTAAR9-Gs-Komplex unter Verwendung der globalen Karte von SPE-mTAAR9 gezeigt -Gs-Komplex mit einem Kartenschwellenwert bei 0,0255 (a), im PEA-mTAAR9-Gs-Komplex unter Verwendung der globalen Karte des PEA-mTAAR9-Gs-Komplexes mit einem Kartenschwellenwert bei 0,0160 (b), im PEA-mTAAR9-Golf-Komplex unter Verwendung der Globale Karte des PEA-mTAAR9-Golf-Komplexes mit einem Kartenschwellenwert von 0,0600 (c). Bei Verwendung des Tools „Farbzone“ in Chimera stellen wir den Farbradius auf 3 Å ein.

a, Zusammenfassung der Analysen des C22Nter:C186ECL2-Disulfidbindungspaars, das in der Kryo-EM-Dichte beobachtet oder möglicherweise beobachtet und durch Massenspektrometrie (MS) identifiziert wurde. Diese konservierte Disulfidbindung wurde von Alphafold2 auch für die meisten TAAR-Mitglieder mit Ausnahme von TAAR1 vorhergesagt. Obwohl die EM-Dichte für extrazelluläre Regionen von TAARs nicht gut genug war, um die potenziellen Disulfidbindungen in PEA-mTAAR9-Gs- und PEA-mTAAR9-Golf-Strukturen zu identifizieren, deuteten unsere Massenspektrometriedaten darauf hin, dass der Apo-mTAAR9-PEA-mTAAR9-Golf-Komplex vorliegt , PEA-, SPE-, DMCHA-mTAAR9-Gs- und SPE-mTAAR5-Komplexe weisen alle diese konservierten Disulfidbindungen auf. Die potenziellen Kryo-EM-Dichten für die Disulfidbindung des C22Nter:C186ECL2-Paares in SPE-mTAAR9-Gs- und DMCHA-mTAAR9-Gs-Strukturen sind in der ergänzenden Abbildung 9 dargestellt Identifizierung des Disulfidbindungspaares C22Nter:C186ECL2 im PEA-mTAAR9-Gs-Komplex (b), SPE-mTAAR9-Gs-Komplex (c), DMCHA-mTAAR9-Gs-Komplex (d), PEA-mTAAR9-Golf-Komplex(e), Apo -mTAAR9 (g) und das Disulfidbindungspaar C24Nter:C188ECL2 in TMA-mTAAR5 (f) durch MS. NEM, Ethylmaleimid. h, Schematischer Überblick über 3 Disulfidmuster (einschließlich des C22Nter:C186ECL2-Paares) von apo-mTAAR9, vorhergesagt von AlphaFold2. i, Auswirkungen von Schlüsselrestmutationen des C14Nter:C97ECL1-Disulfidpaars und des C22Nter:C186ECL2-Disulfidpaars von mTAAR9, mTAAR4, mTAAR5 und mTAAR8c auf Rezeptoraktivitäten, die durch ihre jeweiligen Agonisten (SPE, PEA, TMA und 1-MPD) induziert werden. Die Heatmap ist entsprechend dem Wert von ΔpEC50 gefärbt (ΔpEC50 = pEC50 des Mutanten-pEC50 des Wildtyps). ND, Signal nicht erkennbar. Die Werte wurden aus drei unabhängigen Experimenten gemittelt (n = 3). jm, Dosis-Wirkungs-Kurven der Schlüsselrestmutationen der Disulfidpaare C14Nter:C97ECL1-Paar und C22Nter:C186ECL2-Paar von mTAAR9 auf ihre durch SPE, CAD, PEA bzw. DMCHA induzierten Aktivitäten. Die Werte werden als Mittelwert ± SEM von 3 unabhängigen Experimenten (n = 3) dargestellt. np, Dosis-Wirkungs-Kurven der Schlüsselrestmutationen der Disulfidpaare, des C14Nter:C97ECL1-Paares und des C22Nter:C186ECL2-Paares von mTAAR8c (n), mTAAR5 (o) und mTAAR4 (p) auf ihre durch jeweilige Agonisten (1-MPD) induzierten Aktivitäten , TMA und PEA). Die Werte werden als Mittelwert ± SEM von 3 unabhängigen Experimenten (n = 3) dargestellt.

Die EM-Dichten von SPE und DMCHA könnten in drei verschiedenen Modi und PEA in zwei möglichen Modi in den SPE-, DMCHA- und PEA-mTAAR9-Gs-Komplexstrukturen positioniert werden. Nach Simulationen der Molekulardynamik (MD) wurde nur ein Modus von PEA, SPE und DMCHA für weitere Strukturanalysen und biochemische Charakterisierungen verwendet (siehe auch ergänzende Abbildungen 11–12). Der CAD-Bindungsmodus innerhalb der mTAAR9-Ligandentasche konnte jedoch nicht genau definiert werden, sodass mehrere Konformationen von CAD an die aktuelle EM-Dichte angepasst werden könnten. a, EM-Dichte entsprechend den drei verschiedenen SPE-Modi im SPE-mTAAR9-Gs-Komplex. SPE-Modus 1: grün, SPE-Modus 2: orange, SPE-Modus 3: blau. b, 3D-Darstellung der detaillierten Wechselwirkungen zwischen SPE und mTAAR9 in Modus 1, Modus 2 und Modus 3. Wasserstoffbrückenbindungen werden als rote gestrichelte Linien dargestellt. c, Barcode-Darstellung von Interaktionsmustern in drei Bindungsmodi von mTAAR9, gebunden durch SPE. Reste, die mit SPE interagieren, werden in grünen Kreisen angezeigt, diejenigen, die nur in Modus 1 oder Modus 2 interagieren, werden in hellblauen Kreisen angezeigt und diejenigen, die nur in Modus 3 interagieren, werden in orangefarbenen Kreisen angezeigt. d, Vergleich des Bindungsenergiebeitrags der Bindungsstellenreste von mTAAR9 in den beiden Modi des SPE-mTAAR9-Gs-Komplexes, berechnet mit der molekularmechanischen MM-PBSA-Methode57. SPE-Modus 1: grün, SPE-Modus 2: orange. e, Auswirkungen von Mutationen interagierender Reste in drei SPE-Bindungsmodi von mTAAR9 als Reaktion auf die Stimulation mit SPE. Die Heatmap wird entsprechend dem Wert von ΔpEC50 eingefärbt. Die Werte stammten aus drei unabhängigen Experimenten (n = 3). Mutationen von Resten, die im Modus 1, aber nicht im Modus 3 interagierten, werden in hellblauem Hintergrund angezeigt, und diejenigen, die nur im Modus 3 interagieren, werden im orangefarbenen Hintergrund angezeigt. f, Der durchschnittliche RMSD-Wert von SPE und Bindungsstellenresten in den drei Modi des SPE-mTAAR9-Gs-Komplexes während dreifacher 200-ns-MD-Simulationen. Bemerkenswerterweise waren die Bindungsmodi 1 und 2 von SPE sehr ähnlich, mit der Ausnahme, dass N5 von SPE in SPE-mTAAR9-Gs unterschiedlich positioniert sein konnte, was alle gut zur EM-Dichte passte, möglicherweise aufgrund der linearen Konfiguration von SPE. Im Vergleich zum anderen Modus (Modus 2) zeigte der Bindungsmodus mit SPE (Modus 1) eine niedrigere Energie, wenn sich der Ligand in der Nähe von F1173.37 und das mittlere N5 näher an Y2746.51 befand. Darüber hinaus verringerte die Mutation von F1173.37A die mTAAR9-Aktivierung als Reaktion auf die SPE-Stimulation signifikant. Eine weitere Analyse der Bindungsenergiebeiträge jedes in der Bindungstasche befindlichen Rests durch MD-Analyse bestätigte, dass Bindungsmodus 1 eine größere Stabilität aufwies als Modus 2. Im Modus 3 verlor die SPE spezifische Wechselwirkungen mit T1093.29, F1684. 61, W2716.48 und V3007.42 und stellte einen neuen Kontakt mit Y2937.35 her. Obwohl die Y293A-Mutation keine signifikanten Auswirkungen auf die SPE-induzierte mTAAR9-Aktivierung zeigte, reduzierten Mutationen von T1093.29A, F1684.61A, W2716.48A oder V3007.42A die SPE-induzierte mTAAR9-Aktivierung entweder signifikant oder hoben sie vollständig auf. Darüber hinaus deutete die MD-Simulation darauf hin, dass Modus 3 weniger stabil ist als Modus 1 und Modus 2. Wir verwendeten daher hauptsächlich Modus 1 von SPE für weitere biochemische Charakterisierungen.

Wir haben AlphaFold2 verwendet, um die Struktur von Maus-Olfr2 und Olfr78 vorherzusagen, und den SiteMap-Algorithmus verwendet, um ihre entsprechenden Ligandentaschen vorherzusagen. Anschließend führten wir molekulares Docking und eine MD-Simulation durch, um die Wechselwirkung zwischen Octanal und Propionat in den Ligandentaschen ihrer berichteten Geruchsrezeptoren Olfr2 bzw. Olfr78 weiter zu untersuchen. a, Schnittansicht der Ligandenbindungstasche im Dopamin-D1R-Gs-Komplex (PDB:7CKZ, links), durch AlphaFold2- und MD-Simulation erzeugter Octanal-Olfr2-Komplex (Mitte) und MS47134-MRGPRX4-Gq (PDB :7S8P, rechts). b, Darstellung der von AlphaFold2 vorhergesagten Olfr2- und Olfr78-Strukturen. c, Vorhergesagte Ligandenbindungstaschen in Olfr2 (linkes Feld) und Olfr78 (rechtes Feld), bestimmt mit dem SiteMap-Algorithmus. Die von Olfr2 vorhergesagten Bindungstaschen sind mit grünen, gelben, orangefarbenen, cyanfarbenen oder blauen Kugeln gefüllt. Die von Olfr78 vorhergesagten Bindungstaschen sind mit roten, grünen, rosa, blauen oder cyanfarbenen Kugeln gefüllt. d, Der durchschnittliche RMSD-Wert von Octanal (oberes Feld) und Schlüsselresten in Olfr2, die während einer dreifachen MD-Simulation von 200 ns direkt mit Octanal (unteres Feld) interagieren. e, Der durchschnittliche RMSD-Wert von Propionat (oberes Feld) und Schlüsselresten in Olfr78, die während einer dreifachen MD-Simulation von 200 ns direkt mit Propionat (unteres Feld) interagieren. f, Struktureller Vergleich der Bindungstasche von mTAAR9 mit der simulierten Struktur von Maus-Octanal-Olfr2 und Propionat Olfr78, die durch molekulares Docking basierend auf den von AlphaFold2 vorhergesagten Strukturen von Olfr2 und Olfr78 erzeugt wurden. Die Ligandentasche beider Geruchsrezeptoren wurde durch 4 Helices, TM3-TM6, definiert. Im Gegensatz dazu wird die Ligandentasche von mTAAR9 durch zusätzliches TM7 definiert, das möglicherweise mehr Interaktionen ermöglicht. Ein weiterer bemerkenswerter Unterschied besteht darin, dass die Liganden von mTAAR9 tiefer binden als die vorhergesagten Liganden in Olfr2 oder Olfr78 und einen direkten Kontakt mit dem großen hydrophoben Rest W6.48 herstellen. In Olfr2 oder Olfr78 wurde der große hydrophobe Rest W6.48 durch den kleineren Rest Y6.48 ersetzt und bildet keinen direkten Kontakt mit entsprechenden Liganden.

a, Sequenzausrichtung des D/E3.32-W6.48-Y7.43-Motivs in verschiedenen TAAR-Mitgliedern von Mensch und Maus. Diese 3 konservierten Reste sind im hellblauen Hintergrund hervorgehoben. b, Auswirkungen von Schlüsselrestmutationen für das D/E3.32-W6.48-Y7.43-Motiv und C/S3.36 von mTAAR9, mTAAR4, 5 und 8c als Reaktion auf die Stimulation mit dem jeweiligen Agonisten (SPE, PEA, TMA und 1-MPD). Die Heatmap ist entsprechend dem Wert von ΔpEC50 gefärbt (ΔpEC50 = pEC50 der Mutante – pEC50 des Wildtyps). ND, Signal nicht erkennbar. Die Werte wurden aus drei unabhängigen Experimenten gemittelt (n = 3). c, Dosis-Wirkungs-Kurven der Schlüsselrestmutationen für das D3.32-W6.48-Y7.43-Motiv und C/S3.36 von mTAAR9 (d), mTAAR8c (e), mTAAR5 (f) und mTAAR4 (g) als Reaktion auf die Stimulation mit entsprechenden Agonisten (SPE, 1-MPD, TMA und PEA). Die Werte werden als Mittelwert ± SEM von 3 unabhängigen Experimenten (n = 3) dargestellt. Obwohl das konservierte C/S3.36 H-Brücken-Wechselwirkungen mit der Hauptkette von D/E3.32 eingehen könnte, hatte die Mutation von C3.36 zu A in mTAAR9, mTAAR4, mTAAR5 und mTAAR8c keine signifikanten Auswirkungen auf die geruchsinduzierte Aktivierung dieser Rezeptoren, was darauf hindeutet, dass die Rolle der C/S3.36-vermittelten H-Brücke mit der Hauptkette von D/E3.32 bei der gewöhnlichen TAAR-Rezeptoraktivierung entbehrlich ist.

a, Dosis-Wirkungs-Kurven der Gαs-Gβγ-Dissoziation in Rezeptor-(mTAAR1-6, 7d, 8c und 9)-überexprimierenden HEK293-Zellen als Reaktion auf die Stimulation mit SPE. Die Werte werden als Mittelwert ± SEM von 3 unabhängigen Experimenten (n = 3) dargestellt. b, Der durchschnittliche RMSD-Wert von SPE (oberes Feld) und Bindungsstellenresten im SPE-mTAAR5-Komplex während dreifacher 200-ns-MD-Simulationen. Die gesamte MD-simulierte Struktur ist in der ergänzenden Abbildung 14b dargestellt. Wir haben die Koordinaten von mTAAR5 mithilfe unserer gelösten mTAAR9-Struktur als Vorlage über SWISS-MODEL erstellt. c, 3D-Darstellung der detaillierten Wechselwirkungen zwischen SPE und D1143.32-, Y2957.34-Resten von mTAAR5. de, Dosis-Wirkungs-Kurven von Schlüsselrestmutationen in der Polyamin-Erkennungstasche von mTAAR9 (d) und mTAAR5 (e) als Reaktion auf die Stimulation mit SPE. Die Werte werden als Mittelwert ± SEM von 3 unabhängigen Experimenten (n = 3) dargestellt. f, Strukturelle Darstellung der möglichen Auswirkungen strukturell äquivalenter Mutationen von mTAAR6, mTAAR7d und mTAAR8c. Konservierte Wechselwirkungen in der Polyamin-Erkennungstasche (T3.29 und T1133.33) wurden durch die Erzeugung von Mutationen von V1133.33 zu T in mTAAR6, S1243.39 und G1283.33 zu T in mTAAR7d sowie S1083.29 und V1123 nachgeahmt. 33 bis T in mTAAR8c. g, Dosis-Wirkungs-Kurven von HEK293-Zellen, die mTAAR6, mTAAR7d, mTAAR8c und die angegebenen Mutanten in der Polyamin-Erkennungstasche gemäß Abb. 4f als Reaktion auf die SPE-Stimulation überexprimieren. Die Werte werden als Mittelwert ± SEM von 3 unabhängigen Experimenten (n = 3) dargestellt.

a, Die Wirksamkeit und Wirksamkeit der Gαs-Gβγ-Dissoziation in Rezeptor-(mTAAR2-6, 7d, 8c und 9)-überexprimierenden HEK293-Zellen als Reaktion auf die Stimulation mit PEA. Die Heatmap ist entsprechend dem Wert von pEC50 und Emax aus 3 unabhängigen Experimenten (n = 3) gefärbt. ND, Signal nicht erkennbar. b, Dosis-Wirkungs-Kurven der Gαs-Gβγ-Dissoziation in Rezeptor-(mTAAR2-6, 7d, 8c und 9)-überexprimierenden HEK293-Zellen als Reaktion auf die Stimulation mit PEA. Die Werte werden als Mittelwert ± SEM von 3 unabhängigen Experimenten (n = 3) dargestellt. c, Auswirkungen von Mutationen von Schlüsselresten in der SPE-bindenden hydrophoben Tasche von mTAAR9 als Reaktion auf die Stimulation mit SPE. Die Heatmap ist entsprechend dem Wert von ΔpEC50 gefärbt (ΔpEC50 = pEC50 der Mutante – pEC50 des Wildtyps). Die Werte stammten aus drei unabhängigen Experimenten (n = 3). d, Dosis-Wirkungs-Kurven von Mutationen von Schlüsselresten in der SPE-bindenden hydrophoben Tasche von mTAAR9 als Reaktion auf die Stimulation mit SPE. Die Werte werden als Mittelwert ± SEM von 3 unabhängigen Experimenten (n = 3) dargestellt. Konsistent verringerten strukturell äquivalente Mutationen dieser 4 hydrophoben Reste von F1173.37T, F1684.61V, Y2746.51C, V2977.39T/C und V3007.42A/G die SPE-induzierte mTAAR9-Aktivierung. ef, Dosis-Wirkungs-Kurven von HEK293-Zellen, die Wildtyp und Mutanten (F1684.61L und V3007.42A) von mTAAR9 (c) oder Wildtyp und Mutanten (L170F4.61 und A2947.42V) von mTAAR5 (d) als Reaktion auf SPE überexprimieren Stimulation. Die Werte werden als Mittelwert ± SEM von 3 unabhängigen Experimenten (n = 3) dargestellt. Die Mutation von F1684.61L und V3007.42A in mTAAR9 verringerte tatsächlich die SPE-induzierte Rezeptoraktivierung um das 5,13 ± 0,66- bzw. 27,2 ± 5,04-fache (e), wohingegen die Mutation von L1704.61F und A2947.42V in mTAAR5 die SPE-induzierte Rezeptoraktivierung verringerte. stimulierte die Rezeptoraktivierung um das 5,43 ± 0,55- bzw. 9,26 ± 0,68-fache (f). Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Bindung dieser beiden Reste zum Wirksamkeitsunterschied von SPE beiträgt, der zwischen den beiden mTAAR-Mitgliedern wirkt. g, Auswirkungen von Mutationen von Schlüsselresten in der PEA-Bindungstasche von mTAAR9 als Reaktion auf die Stimulation mit PEA. Die Heatmap ist entsprechend dem Wert von ΔpEC50 gefärbt (ΔpEC50 = pEC50 der Mutante – pEC50 des Wildtyps). Die Werte stammten aus drei unabhängigen Experimenten (n = 3). h, Dosis-Wirkungs-Kurven von Mutationen von Schlüsselresten in der PEA-bindenden hydrophoben Tasche von mTAAR9 als Reaktion auf die Stimulation mit PEA. Die Werte werden als Mittelwert ± SEM von 3 unabhängigen Experimenten (n = 3) dargestellt. Bemerkenswert ist, dass die Mutation der vier Reste in mTAAR4/6/7d/9 zu strukturell äquivalenten Resten, die in anderen mTAARs, einschließlich F/Y3.37L/T, Y6.51C, Y7.35L oder V7.39T/C, vorhanden sind, die signifikant verringerte PEA-induzierte mTAAR9-Aktivitäten. i, Auswirkungen von Mutationen von Schlüsselresten in der PEA-Bindungstasche von mTAAR7d als Reaktion auf die Stimulation mit PEA. Die Heatmap ist entsprechend dem Wert von ΔpEC50 gefärbt (ΔpEC50 = pEC50 der Mutante – pEC50 des Wildtyps). Die Werte stammten aus drei unabhängigen Experimenten (n = 3). j, Dosis-Wirkungs-Kurven von Mutationen von Schlüsselresten von mTAAR7d als Reaktion auf die Stimulation mit PEA durch Gαs-Gβγ-Dissoziationsassay. Die Werte werden als Mittelwert ± SEM von 3 unabhängigen Experimenten (n = 3) dargestellt. Bemerkenswert ist, dass die Mutation der vier Reste in mTAAR4/6/7d/9 zu strukturell äquivalenten Resten, die in anderen mTAARs, einschließlich F/Y3.37L/T, Y6.51C, Y7.35L oder V7.39T/C, vorhanden sind, die signifikant verringerte PEA-induzierte mTAAR7d-Aktivitäten.

a, Vergleich der simulierten Struktur von apo-mTAAR9 (cyan) mit dem von AlphaFold2 (grau) generierten Modell von apo-mTAAR9. b, Der durchschnittliche RMSD-Wert von apo-mTAAR9 während dreifacher 200 ns MD-Simulation. c, Vergleich der Kryo-EM-Struktur von SPE-mTAAR9 (blau) mit dem simulierten Modell von Apo-mTAAR9 (grau). Während das zytoplasmatische Ende von TM6 in Agonisten-gebundenen Strukturen von mTAAR9 eine deutliche Verschiebung nach außen zeigt, zeigt das extrazelluläre Ende von TM1 eine Bewegung nach innen. d, Strukturvergleich von TM3 und TM6 in inaktivem β2AR (cyan), β2AR-Gs-Komplex (hellgrün, PDB: 3SN6), inaktivem mTAAR9 (grau), mTAAR9-Gs-Komplex (hellblau). Ein Vergleich der entsprechenden Strukturen in mTAAR9 und β2AR zeigt, dass die direkte Interaktion dieser Agonisten mit dem Kippschalter W2716.48 dessen Abwärtsbewegung vorangetrieben hat, begleitet von einer Abwärtsverschiebung von F2676.44 und A2636.40, die sich an zwei benachbarten Helices unter Verwendung von TM3 as befinden eine Referenz. Und der Trennungswinkel zwischen TM3 und TM6 in mTAAR9 war aufgrund der Substitution von I2786.40 durch β2AR durch A2636.40 in mTAAR9 größer als der in aktivem β2AR, da diese Substitution seine Wechselwirkung mit konserviertem R1303.50 stört. e, Sequenzausrichtung von TAAR-Mitgliedern und ausgewählten Mitgliedern der Klasse-A-GPCR-Familie an Schlüsselresten von TM6, die für die Rezeptoraktivierung wichtig sind. Die konservierten Reste werden mit roter Schrift hervorgehoben. Wichtig ist, dass W2716.48 und F2676.44 in der gesamten TAAR-Familie konserviert sind, mit der Ausnahme, dass TAAR5-Mitglieder Y6.44 haben, was darauf hindeutet, dass sich die Konformationsänderungen in den konservierten Kippschaltern W6.48 und F/Y6.44 sowie in der Packung ändern Veränderungen zwischen TM3 und TM6 sind mögliche gemeinsame Mechanismen, die die Gs/Golf-gekoppelte TAAR-Aktivierung vermitteln. f, Mutationseffekte von A6.40, einschließlich A2636.40I und A2636.40L auf PEA-induzierte mTAAR9-Golf- oder mTAAR9-Gs-Aktivität und A2576.40I und A2576.40L auf TMA-induzierte mTAAR5-Golf- oder mTAAR5-Gs-Aktivität Die Aktivität wurde mittels Gαs-Gβγ-Dissoziationstest bewertet. Die Heatmap ist entsprechend dem Wert von ΔpEC50 gefärbt (ΔpEC50 = pEC50 der Mutante – pEC50 des Wildtyps). Die Werte stammten aus drei unabhängigen Experimenten (n = 3). gj, Dosis-Wirkungs-Kurven von Restmutationen für A6.40, einschließlich A6.40I und A6.40L in mTAAR9 (gh) oder mTAAR5 (ij) als Reaktion auf Stimulation mit PEA oder TMA durch Gαs/olf-Gβγ-Dissoziationsassay. Die Werte werden als Mittelwert ± SEM von 3 unabhängigen Experimenten (n = 3) dargestellt.

a, Detaillierte Darstellung der mTAAR9-Bindungsschnittstelle mit Gs. Die Schnittstelle besteht aus ICL2, den zytoplasmatischen Enden von TM3, TM5, TM6, der Helix 8 von mTAAR9 (mittleres Aquamarin) und der α4-β6-Schleife, der α5-Helix und der β2-β3-Schleife von Gs (rosa). b, 3D-Darstellung der detaillierten Wechselwirkungen zwischen dem C-terminalen Ende der α5-Helix in den Gαs und mTAAR9. Y391G.H5.23 und L388G.H5.20 bilden ausgedehnte Kontakte mit der durch V1343.54 erzeugten hydrophoben Oberfläche. I2205.61, A2245.65 und Q2275.68 von mTAAR9. c, 3D-Darstellung der detaillierten Wechselwirkungen zwischen Y391G.H5.23, E392G.H5.24, C-terminalen Carboxyoxylatenden der α5-Helix von Gαs und R1303.50, K2556.32 von mTAAR9. Die Abstände der Wasserstoffbrückenbindungen werden als rote gestrichelte Linien dargestellt. Y391G.H5.23 geht eine π:-Kation-Wechselwirkung mit R1303.50 ein. Die E392G.H5.24- und C-terminalen Carboxylatenden der α5-Helix von Gαs bildeten H-Bindungen oder Ladungs-Ladungs-Wechselwirkungen mit K2556.32 von mTAAR9. d, Gesamtstruktur der Bindungsschnittstelle des ICL2 von mTAAR9 mit αN, β2-β3-Schleife und α5-Helix von Gs. e, 3D-Darstellung der detaillierten Wechselwirkungen zwischen Y140ICL2, P137ICL2, L138ICL2 von mTAAR9 und H41G.S1.02, V217G.S3.01, F376G.H5.08, C379G.H5.11, R380G.H5.11, I383G.H5 .15, Q384G.H5.16, H387G.H5.19, Y391G.H5.23 von Gαs. P137ICL2 und L138ICL2 befinden sich in einem hydrophoben Krater, der von H41G.S1.02, V217G.S3.01, C379G.H5.11, F376G.H5.08, R380G.H5.12, I383G.H5.15 und Q384G erzeugt wurde. H5.16 von Gαs. Y140ICL2 ist an der π:π-Wechselwirkung mit H387G.H5.19 und Y391G.H5.23 beteiligt. P137ICL2 und L138ICL2 befinden sich in einem hydrophoben Krater, der durch β1-β3-Stränge und die α5-Helix von Gαs entsteht. f, 3D-Darstellung der detaillierten Wechselwirkungen zwischen der C-terminalen α5-Helix von Gαs und dem Anfangssegment im H8 von mTAAR9. Die Abstände der Wasserstoffbrückenbindungen werden als rote gestrichelte Linien dargestellt. g: Im Vergleich zu V287G.S5.02 in Gαs weist I274G.S5.02 in Gαolf eine engere Verbindung mit I263G.H3.12, W264G.H3.13 und F260G.H3.0 auf. Am Anfangssegment im H8 von mTAAR9 bilden Y3158.47 und W3178.49 eine Seitenwand, die das Hakenende der C-terminalen α5-Helix von Gαs aufnimmt und eine Wasserstoffbindung mit R1303.50 bildet, um die aktive Struktur von mTAAR9 zu stabilisieren . h, 3D-Strukturdarstellung der Unterschiede zwischen der mTAAR9-Golf-Schnittstelle (Golf in mittlerem Lila) und der mTAAR9-Gs-Schnittstelle (Gs in Rosa). Der Vergleich von K343G.h4s6.12/D341G.h4s6.10 in Gαolf und R356G.h4s6.12/D354G.h4s6.10 in Gαs. Die Abstände der Wasserstoffbrückenbindungen werden als rote gestrichelte Linien dargestellt. Die K343G.h4s6.12 und D341G.h4s6.10 in Gαolf bildeten schwächere Ladungs-Ladungs-Wechselwirkungen und sind im Vergleich zum strukturell äquivalenten Paar R356G.h4s6.12 und D354G.h4s6.10 in Gαs stärker getrennt. i, 3D-Darstellung der detaillierten Wechselwirkungen zwischen V134ICL2 und V2235.64 von mTAAR9 und L375G.H5.20 und Q371G.H5.16 von Gαolf und Überlagerung dieser Wechselwirkungen mit denen zwischen V134ICL2 und V2235.64 von mTAAR9 und L388G.H5. 20 und Q371G.H5.16 von Gαs. Die Konformationsänderungen an den zytoplasmatischen Enden von TMD ermöglichten eine engere Interaktion von V2235.64 und V1343.54 in mTAAR9 mit Q371G.H5.16 und L375G.H5.20 in Gαolf. An Gs gebundenes mTAAR9 ist in mittlerem Aquamarin dargestellt, an Golf gebundenes mTAAR9 ist in Pink dargestellt, Gs ist in Pink dargestellt, Golf ist in mittlerem Lila dargestellt. j, 3D-Darstellung der detaillierten Wechselwirkungen zwischen R3198.51 von mTAAR9 und E379G.H5.24 von Gαolf oder E392G.H5.24 von Gαs. Am C-Terminus der α5-Helix von Gαolf bildet E379G.H5.24 stärkere Ladungs-Ladungs-Wechselwirkungen mit R3198.51 von mTAAR9 im Vergleich zu denen von Gαs. k, 3D-Darstellung der detaillierten Wechselwirkungen zwischen P141ICL2, F144ICL2 von mTAAR9 und K31G.hns1.02 von Gαolf im Vergleich zu denen zwischen P141ICL2, F144ICL2 von mTAAR9 und R38G.hns1.02 von Gαs (f). Die Abstände der Wasserstoffbrückenbindungen werden als rote gestrichelte Linien dargestellt. Obwohl ICL2 von mTAAR9 ähnliche Interaktionsmuster mit Gαs und Gαolf bildet, wurde durch den Ersatz von R38G.hns1.02 in Gαs durch K31G.hns1.02 in Gαolf die Interaktion mit P141ICL2 und der Hauptkette F144ICL2 von mTAAR9 aufgehoben.

Diese Datei enthält ergänzende Abbildungen. 1–21 und Ergänzungstabellen 1–10.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Guo, L., Cheng, J., Lian, S. et al. Strukturelle Grundlagen der Amin-Geruchswahrnehmung durch einen Säugetier-Geruchsrezeptor. Natur 618, 193–200 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06106-4

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Eingegangen: 14. Oktober 2022

Angenommen: 20. April 2023

Veröffentlicht: 24. Mai 2023

Ausgabedatum: 01. Juni 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06106-4

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