Nat Commun：上海科技大学徐菲团队揭示抗多发性骨髓瘤抗体与人GPRC5D的结合机制

GPRC5D是一种非典型的C类孤儿G蛋白偶联受体。它在多发性骨髓瘤细胞表面的高表达使其成为治疗干预的一个有吸引力的靶点，包括单克隆抗体、CAR-T细胞和T细胞接合物。尽管其具有治疗潜力，但对其受体结构和抗体识别机制的了解不足，阻碍了有效治疗的进展。

2024年6月19日，上海科技大学徐菲团队在Nature Communications 在线发表题为“The binding mechanism of an anti-multiple myeloma antibody to the human GPRC5D homodimer”的研究论文，该研究展示了GPRC5D与临床前阶段单链抗体(scFv)复合物的结构。结构分析表明，GPRC5D在跨膜区域与典型的C类GPCR非常相似。

该研究发现了一种独特的头对头的同型二聚体排列和界面，主要涉及TM4，将其与其他C类同型或异型二聚体区分开来。此外，该研究阐明了GPRC5D上一个相当大的细胞外结构域的结合位点，以识别scFv。这些发现不仅揭示了这种非常规C类GPCR的独特二聚体组织，而且还具有推进靶向GPRC5D治疗多发性骨髓瘤的药物开发的潜力。

多发性骨髓瘤(MM)是常见恶性血液系统肿瘤中第二常见的血液系统恶性肿瘤。其主要表现为骨髓内单克隆浆细胞不受控制的增殖和积累，导致免疫球蛋白过量产生、骨吸收和终末器官系统损伤。尽管最近发展了许多基于抗体的疗法，包括双特异性抗体、CAR-T细胞疗法和抗体-药物偶联物(ADC)，但这些抗体药物中只有一小部分进入临床使用。MM目前在很大程度上仍然是一种无法治愈的恶性肿瘤。

GPRC5D是一种孤儿受体，没有确定的内源性配体。GPRC5D属于C类G蛋白偶联受体(GPCRs)，属于5族亚家族，成员D，因此得名。在哺乳动物中，还有另外三个GPRC5亚家族成员：GPRC5A、GPRC5B和GPRC5C。而传统的C类GPCR如mGluR通常包含一个大的N端结构域，称为Venus flytrap(VFT)模块，负责正构配体结合和专性的同二聚体或异二聚体形成；GPRC5D以及整个GPRC5亚家族具有相对较小的细胞外结构域，仅包含20-50个氨基酸。一些早期研究表明，尽管GPRC5D与C类受体具有同源性，但其拓扑结构可能更接近于A类受体。此外，由于缺乏大量的N端胞外区域，关于GPRC5D是否仍然可以形成二聚体以及信号如何通过跨膜区域转导的问题仍然存在。

GPRC5D和scFv150_18复合物的冷冻电镜结构（图源自Nature Communications ）

在人体中，GPRC5D主要在指甲和头发中表达，或者更准确地说，它只在产生硬角蛋白的分化细胞中表达。最近的研究发现，GPRC5D在多发性骨髓瘤细胞表面具有高度特异性和增强表达，从而使其成为基于抗体治疗MM的有吸引力的靶点。目前，靶向GPRC5D的抗体药物已进入临床试验，利用其在细胞膜上的肿瘤标志物特性。2023年8月10日，强生公司宣布FDA批准全球首个靶向GPRC5D/CD3的双特异性抗体TALVEY™(talquetamab-tgvs)用于治疗复发或难治性多发性骨髓瘤成人患者。针对GPRC5D的潜力继续显示出广泛的希望。

该研究利用冷冻电子显微镜阐明了人GPRC5D与单链抗体(scFv)之间形成的复合物的结构。通过筛选已公开专利中不同格式(Fab、scFv等)的一系列GPRC5D抗体，该研究鉴定出由专利scFv150-18 (US20200123249A1)衍生的单链片段之一形成的稳定复合物。抗体和GPRC5D之间的分子界面是明确的。结构分析表明，GPRC5D与传统的C类GPCR相似，也形成同型二聚体，但具有独特的二聚化组织。结合诱变和功能实验，目标是利用这些结构的见解来指导针对GPRC5D的抗体治疗的发展，解决目前多发性骨髓瘤治疗的空白。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41467-024-49625-y