Kolecystokinin (CCK) och gastrin är de tidigast upptäckta gastrointestinala hormonerna. De är de vanligaste peptiderna i mag-tarmkanalen och centrala nervsystemet, fungerar som fysiologiskt viktiga hormoner och neurotransmittorer genom två CCK-receptorsubtyper, CCKAR och CCKBR.

Dessa två receptorer engagerar sig i grundläggande fysiologiska handlingar såsom mättnadsreglering, utsöndring av pankreasenzym, och sammandragning av gallblåsan. De är också inblandade i beteendeprocesser, inklusive ångest, minne, och drogberoende. Dock, utvecklingen av läkemedel mot kolecystokininreceptorer (CCKR) är utmanande främst på grund av bristen på exakt strukturell information.

I två studier som båda publicerades i Naturens kemiska biologi , forskargruppen som leds av Jiang Yi, Wang Mingwei, H. Eric Xu, Zhao Qiang, och Wu Beili från Shanghai Institute of Materia Medica vid den kinesiska vetenskapsakademin och forskargruppen ledd av Zhao Suwen från ShanghaiTech University, tillsammans avslöjade mekanismerna för ligandigenkänning, aktivering och G-proteinkopplingsspecificitet för CCKR:er.

Forskarna löste först tre kristallstrukturer av den mänskliga CCKAR i komplex med två småmolekylära antagonister (lintitript och devazepid) och en full agonist NN9056, samt fem kryo-elektronmikroskopi (cryo-EM) strukturer av CCK-8 aktiverad CCKAR i komplex med tre G-proteiner (Gi, Gs, och Gq) och gastrinaktiverad CCKBR kopplad till två G-proteiner (Gi och Gq). De klargjorde mekanismerna för CCKRs igenkänning av ligander, CCKRs aktivering, och G-protein promiskuitet av CCKAR, som alla ger grundläggande information för läkemedelsupptäckt av CCKR.

Forskarna presenterade sedan strukturerna för sulfaterad CCK-8-bunden CCKAR i komplex med Gq, Gs, och Gi heterotrimer vid globala upplösningar på 2,9 Ångström, 3,1 ångström, och 3,2 ångström, respektive. De avslöjade bindningsmetoden för endogen peptid CCK-8, och fann att sulfo-tyrosin i CCK-8 var avgörande för hög affinitet av endogen peptid för CCKAR.

Konsekvent, forskarna fann att Gq-protein visade den mest potenta kopplingsaktiviteten av CCKAR. Dessa resultat stödde Gq som den dominerande transduktorn av CCKAR och betonade vikten av gränssnittsområdet i G-proteinkopplingsselektivitet.

Dessutom, forskarna rapporterade tre kristallstrukturer av CCKAR bundna till små molekylära antagonister och en peptidagonist, samt två kryo-EM-strukturer av Gi- och Gq-kopplade CCKBR-komplex. De avslöjade bindningsmetoden för CCKR av både peptid- och småmolekyliga ligander, och identifierade avgörande roller för att känna igen CCKAR av devazepid och lintitript, tillhandahåller således en mall för att utforma läkemedel riktade mot CCKR.

Kombinera de inaktiva och aktiva strukturerna av CCKAR med molekylär simuleringsanalys, forskarna föreslog den stegvisa aktiveringsprocessen av CCKAR.

Resultaten av dessa två studier gav den första insikten om ligandigenkänning och aktivering av de två CCK -receptorerna och gav ett nytt tillfälle för att designa läkemedel som riktar sig mot CCKR.