Cholecystokinine (CCK) en gastrine zijn de vroegst ontdekte gastro-intestinale hormonen. Het zijn de meest voorkomende peptiden in het maagdarmkanaal en het centrale zenuwstelsel, fungeren als fysiologisch belangrijke hormonen en neurotransmitters via twee CCK-receptorsubtypen, CCKAR en CCKBR.

Deze twee receptoren houden zich bezig met fundamentele fysiologische acties zoals verzadigingsregulatie, uitscheiding van pancreasenzymen, en galblaascontractie. Ze zijn ook betrokken bij gedragsprocessen, inclusief angst, geheugen, en drugsverslaving. Echter, de ontwikkeling van geneesmiddelen tegen cholecystokininereceptoren (CCKR's) is een uitdaging, voornamelijk vanwege het gebrek aan precieze structurele informatie.

In twee studies, beide gepubliceerd in Natuur Chemische Biologie , het onderzoeksteam onder leiding van Jiang Yi, Wang Mingwei, H. Eric Xu, Zhao Qiang, en Wu Beili van het Shanghai Institute of Materia Medica van de Chinese Academie van Wetenschappen en het onderzoeksteam onder leiding van Zhao Suwen van de ShanghaiTech University, onthulden samen de mechanismen van ligandherkenning, activering en G-eiwitkoppelingsspecificiteit van CCKR's.

De onderzoekers losten eerst drie kristalstructuren van de menselijke CCKAR op in complex met twee kleine-molecuul-antagonisten (lintitript en devazepide) en één volledige agonist NN9056, evenals vijf cryo-elektronenmicroscopie (cryo-EM) structuren van CCK-8 geactiveerde CCKAR in complex met drie G-eiwitten (Gi, g, en Gq) en gastrine geactiveerd CCKBR gekoppeld aan twee G-eiwitten (Gi en Gq). Ze verhelderden de mechanismen van CCKR-herkenning door liganden, CCKR's activering, en G-eiwit promiscuïteit van CCKAR, die allemaal fundamentele informatie verschaffen voor het ontdekken van geneesmiddelen van CCKR's.

De onderzoekers presenteerden vervolgens de structuren van gesulfateerd CCK-8 gebonden CCKAR in complex met Gq, g, en Gi heterotrimeren bij globale resoluties van 2,9 angstrom, 3.1 Angström, en 3,2 angström, respectievelijk. Ze ontdekten de bindingsmodus van endogeen peptide CCK-8, en vond dat de sulfo-tyrosine in CCK-8 cruciaal was voor de hoge affiniteit van endogeen peptide voor CCKAR.

Consequent, de onderzoekers ontdekten dat Gq-eiwit de meest krachtige koppelingsactiviteit van CCKAR vertoonde. Deze resultaten ondersteunden Gq als de overheersende transducer van CCKAR en benadrukten het belang van het interfacegebied in de selectiviteit van G-eiwitkoppeling.

Bovendien, de onderzoekers rapporteerden drie kristalstructuren van CCKAR gebonden aan kleine moleculaire antagonisten en een peptide-agonist, evenals twee cryo-EM-structuren van Gi- en Gq-gekoppelde CCKBR-complexen. Ze onthulden de bindingsmodus van CCKR's door zowel peptide- als kleinmoleculige liganden, en identificeerde cruciale rollen bij het herkennen van CCKAR door devazepide en lintitript, waardoor een sjabloon wordt geboden voor het ontwerpen van geneesmiddelen die gericht zijn op CCKR's.

Door de inactieve en actieve structuren van CCKAR te combineren met de moleculaire simulatieanalyse, de onderzoekers stelden het stapsgewijze activeringsproces van CCKAR voor.

De bevindingen van deze twee onderzoeken boden het eerste inzicht in ligandherkenning en activering van de twee CCK-receptoren en boden een nieuwe kans voor het ontwerpen van geneesmiddelen die gericht zijn op CCKR's.