来源：东南大学附属中大医院
近日，东南大学生命健康高等研究院执行院长、东南大学附属中大医院耳鼻咽喉头颈外科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 of GPR156 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。
上述研究由东南大学柴人杰教授团队、浙江大学张岩教授团队、浙江大学毛春友研究员团队以及华中科技大学刘剑锋教授团队合作完成。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。东南大学生命健康高等研究院柴人杰教授为本论文最后通讯作者。
研究内容
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。
柴人杰
专家简介
东南大学首席教授、二级教授，东南大学生命健康高等研究院执行院长；国家高层次人才，国家重点研发计划首席科学家。现任中国生物物理学会听觉分会会长；中国生理学会干细胞生理专委会副主委、候任主委；中国听基会基础研究专委会主委, ESCI 期刊 American Journal of Stem Cells 执行主编。
主要成果
长期致力于神经元和内耳毛细胞的再生和保护研究，近 5 年在 Cell，NC 等期刊发表通讯作者论文 142 篇（总影响因子 1579.38，平均影响因子 11.12，其中 IF>150 分 1 篇，IF>30 分 5 篇，IF 10-30 分 45 篇），其中 4 篇论文被 Faculty1000 列为推荐文章，1 篇论文入选 Cell 正刊年度最佳论文，13 篇论文入选了 ESI 高被引论文，2 篇论文入选热点论文，总他引 7000 余次，h-index 51；先后获第三届全国创新争先奖状、教育部霍英东教育基金会高等院校青年科学奖一等奖、中国青年科技奖、江苏省青年科技奖，教育部自然科学一等奖，江苏省医学科技奖一等奖，树兰医学青年奖和江苏省青年十大科技之星等十余项奖励。
研究方向
神经元与听觉毛细胞器官再生与重建的项目。主要研究内容为损伤神经元的修复再生和内耳干细胞分化为毛细胞的分子机制、应用及临床转化。
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