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由于破骨細(xì)胞的功能缺陷,Src基因缺失會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的骨硬化,表明Src在破骨細(xì)胞中是必不可少的。因此,抑制Src激酶活性被認(rèn)為是破骨細(xì)胞過(guò)度激活介導(dǎo)的骨質(zhì)流失的有效治療策略。G蛋白偶聯(lián)受體 (GPCRs) 是約35%的獲批藥物的靶點(diǎn),但目前尚不清楚GPCRs如何調(diào)節(jié)Src激酶活性,也不清楚這個(gè)GPCR是否可以作為治療破骨細(xì)胞相關(guān)骨質(zhì)流失的有效治療靶點(diǎn)。
Src激酶去磷酸化抑制骨吸收并預(yù)防骨質(zhì)流失
2024年2月12日,上海理工大學(xué)、海軍軍醫(yī)大學(xué)上海長(zhǎng)征醫(yī)院、華東師范大學(xué)等科研單位合作在Nature子刊Nature Communications上發(fā)表了題為“Kisspeptin-10 Binding to Gpr54 in Osteoclasts Prevents Bone Loss by Activating Dusp18-mediated Dephosphorylation of Src”的研究論文,發(fā)現(xiàn)GPR54被其天然配體Kisspeptin-10 (Kp-10) 激活導(dǎo)致Dusp18去磷酸化Src激酶(圖1)。Kiss1、Gpr54和Dusp18敲除小鼠均表現(xiàn)出破骨細(xì)胞過(guò)度激活和骨質(zhì)流失,Kp-10通過(guò)抑制體內(nèi)破骨細(xì)胞活性來(lái)消除骨質(zhì)流失。因此,Kp-10/Gpr54是一個(gè)很有前途的治療靶點(diǎn),可以通過(guò)Dusp18介導(dǎo)Src激酶的去磷酸化來(lái)消除骨吸收。Biacore為GPR54與Src激酶相互作用以及GPR54與與Dusp18磷酸酶相互作用提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

圖1:上海理工大學(xué)等發(fā)表在Nature Communications上的科學(xué)研究成果及其工作模型
首先,科研人員通過(guò)對(duì)基因敲除的遺傳材料的分析,發(fā)現(xiàn)Kp-10/Gpr54主要通過(guò)抑制Src激酶的磷酸化水平來(lái)控制破骨細(xì)胞的形成和骨吸收。通過(guò)Biacore發(fā)現(xiàn),GPR54的C端直接與Src激酶直接結(jié)合,親和力KD高達(dá)2.595 nM(圖2)。結(jié)果表明,Kp-10配體激活后的GPR54通過(guò)其C端招募Src激酶。

圖2:Biacore檢測(cè)GPR54與Src激酶結(jié)合的親和力/動(dòng)力學(xué)
基因敲除的遺傳材料的分析,發(fā)現(xiàn)GPR54抑制Src激酶的磷酸化水平。那么,科研人員猜想,Kp-10刺激Gpr54后是否會(huì)招募一個(gè)磷酸酶來(lái)降低Src激酶的磷酸化水平?通過(guò)質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn)了三個(gè)高潛力的磷酸酶DUSP18、PTPN6和PPP1CA。Biacore、CO-IP等結(jié)果顯示,GPR54的C端與人源DUSP18磷酸酶、鼠源DUSP18磷酸酶均能結(jié)合,親和力KD分別為40.27 nM和1.754 μM(圖3)。綜合以上結(jié)果表明,GPR54的C段在其配體Kp-10刺激下同時(shí)招募DUSP18磷酸酶和Src激酶。

圖3:Biacore檢測(cè)GPR54與人源DUSP18(左)、鼠源DUSP18磷酸酶(右)結(jié)合的親和力/動(dòng)力學(xué)
進(jìn)一步,科研人員通過(guò)Biacore還發(fā)現(xiàn),DUSP18磷酸酶與與Src激酶也能直接結(jié)合,親和力KD高達(dá)5.887 nM(圖4)。因此,GPR54的C段在其配體Kp-10刺激下,同時(shí)招募DUSP18磷酸酶和Src激酶,促進(jìn)DUSP18磷酸酶對(duì)Src激酶的去磷酸化,從而抑制Src激酶的磷酸化水平。至此,科研人員發(fā)現(xiàn)了整個(gè)信號(hào)通路,為治療破骨細(xì)胞相關(guān)骨質(zhì)流失找到了有效治療靶點(diǎn)。

圖4:Biacore檢測(cè)DUSP18磷酸酶與Src激酶結(jié)合的親和力/動(dòng)力學(xué)
當(dāng)前骨質(zhì)疏松最主流的治療手段為通過(guò)靶向阻斷RANK和RANKL的結(jié)合來(lái)抑制破骨細(xì)胞的活性,該合作團(tuán)隊(duì)早在2016年同樣發(fā)表了關(guān)于骨質(zhì)疏松癥的研究論文,其工作發(fā)表在醫(yī)學(xué)頂級(jí)期刊Nature Medicine上,題為“LGR4 is a receptor for RANKL and negatively regulates osteoclast differentiation and bone resorption”。本研究首次發(fā)現(xiàn)破骨細(xì)胞中最重要分化因子RANKL的一個(gè)新受體LGR4。Biacore為RANKL新受體的發(fā)現(xiàn)與確認(rèn)提供了核心數(shù)據(jù)。
科研人員通過(guò)Biacore發(fā)現(xiàn),全長(zhǎng)LGR4胞外域與RANKL能夠結(jié)合,并且親和力KD高達(dá)52.2 nM。截短的LGR4胞外域與RNKL的結(jié)合明顯減弱,KD為1.527 μM。而進(jìn)一步截短的LGR4胞外域與RNKL不結(jié)合(圖5)。表明,LGR4與RANKL直接結(jié)合,且完整的LGR4胞外域?qū)τ谄渑cRANKL結(jié)合至關(guān)重要。在四個(gè)骨質(zhì)疏松癥小鼠模型中, LGR4-ECD處理后,降低了破骨細(xì)胞活性并增加了骨密度。因此,LGR4-ECD在體外和體內(nèi)充當(dāng)RANKL的分子誘餌受體,并抑制RANKL誘導(dǎo)的破骨細(xì)胞活化和骨質(zhì)流失,從而有效改善骨質(zhì)疏松癥。

圖5:Biacore檢測(cè)RANKL與LGR4胞外域(全長(zhǎng)、截短、更短)的親和力/動(dòng)力學(xué)
Biacore作為唯一被中美日等多國(guó)藥典收錄的分子互作檢測(cè)“金標(biāo)準(zhǔn)”,已廣泛應(yīng)用到基礎(chǔ)科研與藥物開(kāi)發(fā)的多個(gè)領(lǐng)域。截至目前,借助Biacore累計(jì)發(fā)表的文章已突破60000篇,超過(guò)100種的已上市藥物的研發(fā)、申報(bào)、生產(chǎn)過(guò)程中也均有Biacore的身影。同樣期待越來(lái)越多骨科相關(guān)疾病的治病機(jī)制被發(fā)現(xiàn)、藥物被開(kāi)發(fā),造福臨床,造福人類。
參考文獻(xiàn):
Li, Zhenxi et al. “Kisspeptin-10 binding to Gpr54 in osteoclasts prevents bone loss by activating Dusp18-mediated dephosphorylation of Src.” Nature communications vol. 15,1 1300. 12 Feb. 2024, doi:10.1038/s41467-024-44852-9
Luo, Jian et al. “LGR4 is a receptor for RANKL and negatively regulates osteoclast differentiation and bone resorption.” Nature medicine vol. 22,5 (2016): 539-46. doi:10.1038/nm.4076
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