2024年12月5日，东南大学柴人杰教授团队联合多家单位在Nature Communications上在线发表题为“Molecular insights into the activation mechanism ofGPR156 in maintaining auditory function”的研究论文。在该项研究中，研究人员综合利用多种技术揭示了听觉关键蛋白GPR156在维持听觉功能中持续激活的分子机制。柴人杰教授（东南大学）、张岩教授（浙江大学）、毛春友研究员（浙江大学）和刘剑锋教授（华中科技大学）为本论文的共同通讯作者。柴人杰教授团队的博士生马翔宇，浙江大学博士生陈礼楠，柴人杰教授团队的博士后廖梦晖、博士后张李燕、硕士生郭佳敏和浙江大学助研席昆博士为本论文的共同第一作者。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-54681-5。
G蛋白偶联受体（GPCR）是最大的膜受体超家族，可以分为A、B1、B2、C和F这5大类，几乎参与了所有的生理和病理过程，是目前多种疾病的关键治疗靶点。其中C类GPCR中的GPR156在听觉毛细胞中高度表达。有研究报道GPR156的失活会导致严重的听力损伤，并且在人类家系中也发现GPR156的变异会导致隐性先天性听力损失。此外，有研究发现GPR156-Gαi信号通路指导小鼠耳蜗、小鼠前庭和斑马鱼侧线耳石器官中机械感觉细胞毛细胞的定向，这些说明GPR156对听觉功能的正常发挥具有重要作用。传统C类GPCR具有严格的二聚体的特征和能识别小分子配体的大胞外区域，然而，GPR156是极为特殊的一种，其序列上缺乏传统的大胞外区域，因此其二聚体的结构组成和激活机制可能不同于已知的其他C类受体。
图：GPR156同源二聚体激活模式
本研究首先在体内通过AAV技术对内耳毛细胞中的GPR156进行了敲降，从而证明了GPR156不仅在听力的建立中发挥作用，在听力成熟后也能够持续激活以维持正常的听力功能。为了阐明GPR156持续发挥作用的分子基础，研究使用冷冻电镜技术解析了载脂蛋白状态和激活状态的GPR156高分辨结构。首先，通过结构分析，研究发现GPR156仅通过ECL2和短N端形成较小的细胞外区域的新二聚体形式。之后，通过结合功能实验，研究进一步揭示了C类GPCR新的激活机制。在G蛋白偶联之前，GPR156采用对称的二聚体状态，两个亚基具有几乎相同的构象，并且具有相同的与G蛋白偶联的能力，类似于处于黄灯的等待状态。当G蛋白偶联开始时，二聚体界面处没有发生重排，二聚体的TMD没有明显的旋转或平移，这时推测靠近G蛋白的GPR156亚基的C端与G蛋白相互作用。当G蛋白偶联后，结合G蛋白的亚基的C端平行于二聚体的胞内端；一方面，这有利于该亚基与G蛋白的结合，使其处于类似于绿灯的放行状态；另一方面，它占据了另一个亚基的TMD底部，阻碍了过量G蛋白结合引起的干扰，使其处于类似于红灯的关闭状态。这种机制可使GPR156下游G蛋白信号维持在稳定的水平。该研究强调了GPR156在维持听觉功能中的作用，对我们进一步理解C类GPCR在结构和功能上的多样性具有重要意义。（生科院）
