2012cb910400-g-重要g蛋白偶联受体的结构与功能研究及配体发现

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1、项目名称：重要G蛋白偶联受体的结构与功能研究及配体发现首席科学家：刘明耀华东师范大学起止年限：2012.1至2016.8依托部门：教育部上海市科委一、关键科学问题及研究内容（一）拟解决的关键科学问题围绕我国生命与健康科学的重大需求，面对蛋白质研究领域的挑战，洞悉G蛋白偶联受体研究的国际前沿，结合我们前期的研究基础，本项目拟围绕G蛋白偶联受体结构与功能这一核心内容，解决如下关键科学问题：1.阐明与重大疾病相关的GPCR的生理功能及作用机制：发现一批在代谢综合症、炎症与肿瘤等重大疾病过程中起重要作用的GPCR，阐明其生理、病理功能和作用的

2、信号转导网络，进一步明确其作为药物作用靶点的合理性和可行性。2.解析重要GPCR的三维结构：通过GPCR结构测定与计算模拟技术平台，解析在人类重大疾病中起关键作用的GPCR三维结构，阐明受体与配体结合的机理及结构与功能的关系，为GPCR的生理功能研究提供结构基础。3.发现新的GPCR配体：通过GPCR及信号转导的高通量筛选平台，发现具有重要生理功能的孤儿受体的配体及已知受体的拮抗剂和激动剂，阐明配体与受体相互作用的分子机制及其信号转导通路，为新药研发提供先导化合物。（二）主要研究内容本项目将围绕G蛋白偶联受体结构、功能以及配体鉴定这一

3、核心内容，通过GPCR表达纯化及结构解析平台、基因敲除动物模型、高通量筛选和化学生物学手段，发现并研究在发育、代谢、炎症、肿瘤等生理病理过程中起重要作用的孤儿GPCR及已知GPCR的新功能，发现新的配体。具体开展如下几个方面的研究：1.孤儿GPCR的功能及信号转导机制：以亚家族为单位，研究其时空表达模式，构建重要孤儿GPCR（如异位表达的嗅觉受体、Lgr家族和粘附家族）的转基因或基因敲除动物模型，深入研究孤儿GPCR在生殖、骨骼、神经发育、干细胞分化以及正常生理过程中的功能和分子机制。2.GPCR在重大疾病中的作用：利用动物模型，系统

4、研究重要GPCR（腺苷受体、多肽激素受体、脂肪酸受体、趋化因子受体等）在炎症、代谢、肿瘤等重大疾病过程中的新功能，发现新的信号转导机制。1.GPCR三维结构解析：借助GPCR表达纯化与结构解析平台，综合运用脂立方相结晶、核磁共振（NMR）、顺磁共振（ESR），以及计算模拟等技术，解析重要GPCR的三维结构，阐明其结构与功能的关系。2.GPCR新配体的发现及其作用评价：运用已授权的自主专利技术和高通量筛选系统，发现与鉴定重要孤儿受体的配体和重要GPCR的新型激动剂或拮抗剂，开展亲和力、特异性和功能选择性研究，揭示信号转导机制，为新药研发

5、提供新靶点和先导化合物。二、预期目标瞄准国家战略需求和国际蛋白质科学研究难题，联合国内GPCR相关研究的优秀学术团队，发现在个体发育、代谢、免疫及肿瘤等相关重大疾病中的关键GPCR，阐述它们在重大疾病发生、发展过程中的生物学功能和分子调控机理，通过结构解析明确其构象变化规律，针对性的设计、筛选具有自主知识产权的功能性配体，结合化学生物学平台开展动物水平的药效药理分析和优化改造，为重大疾病药靶的发现和疾病的治疗提供理论依据和实验指导。本项目具体目标如下：1.发现5-8个已知的GPCR在发育、代谢、炎症、肿瘤等重大疾病发生发展过程中的新功

6、能，阐明其分子机制。2.发展与完善GPCR的表达纯化和三维结构测定技术，解析2-3个GPCR及其复合体的三维结构，揭示结构与功能的相关性。3.以亚家族为单位构建10-15个新的GPCR（包括粘附或Lgr亚家族等）的转基因或基因敲除动物模型，揭示这些基因在个体发育和疾病发生的功能及其调控机制。4.鉴定1-2个重要孤儿受体的配体，发现一批调节GPCR活性并具有自主知识产权的小分子先导化合物。5.取得具有国际影响的原创性成果，在国际重要学术刊物上发表高水平（影响因子大于5）的SCI论文50篇以上，申报相关专利10项以上。6.建立有中国特色的

7、GPCR研究团队，在蛋白结构解析、生物功能研究、配体发现到新药研发等领域，培养一批高水平的研究人才。通过本项目的实施使我国在GPCR相关研究领域达到国际先进水平。三、研究方案（一）学术思想和技术路线：G蛋白偶联受体数目众多，参与机体生理活动的各个过程，是最重要的药物靶点。然而目前的研究来看，对GPCR的了解还非常有限。因此研究在重大疾病发生发展中起重要作用的GPCR，揭示其三维结构，阐明其作用机制，并对其进行活性干预，探讨这些重要GPCR作为药物治疗靶点的可行性，对自主药物研发有重要价值。为实现上述研究目标，解决相应的关键科学问题，本

8、项目的总体技术路线如图1所示：系统研究孤儿受体的生物学功能及作用机理，发现其配体（课题1，4）；以GPCR的结构与功能研究为主线，探索其在发育、代谢、炎症、肿瘤等重大疾病发生发展过程中的功能和作用机制（课题1，2）；对于