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G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptor,GPCR）构成人类基因组中成员最多的蛋白质家族,参与人体内多种生理生化反应,也是很多重磅药物的作用靶标。但由于其七次跨膜结构域（seven transmembrane domain,7TM）的疏水性及其多重构象性,使得很难在体外得到高纯度、均一、稳定并且有活性的蛋白用于结晶实验。引入热稳定性突变是克服该困难的主要措施之一,但目前还主要使用大规模筛选的方法,费时又费力。本论文第一部分针对B1类分泌素家族GPCR进行结构研究。长期以来B1类GPCR一直是肽激素识别和信号转导的模板,该家族的成员之一——胰高血糖素样肽-1受体（Glucagon-like peptide-1 receptor,GLP-1R）是重要的抗糖尿病药物靶标,目前已有多种作用在该受体上的肽类药物上市。课题组前期解析出了与两个负变构调节剂结合的非活化态GLP-1R的晶体结构,该结构含有十个热稳定突变,这些突变筛选自早期设计的共98个突变。本研究中,我们首先系统地总结了测试过的所有98个突变。结果表明,引入芳香族氨基酸以增强螺旋间疏水相互作用的突变策略成功率最高,而引入二硫键或盐桥等策略由于对化学键的严格几何限制,成功的几率较小。通过荧光热稳定检测实验、结晶和分子动力学模拟进一步研究了四个回复突变,发现突变I1962.66bF增加了蛋白本身热稳定性,突变S2714.47bA则有利于晶体堆积（降低熵）,而突变S1932.63bC和M2333.36bC因为并没有形成二硫键因而对结晶是可有可无的。上述结果为B1类GPCR或其他膜蛋白结构研究提供了一般突变设计策略:1)将受体锁定在特定构象;2)增加分子内或分子间（用于晶体堆积）的相互作用力;3)增强跨膜螺旋的刚性;4)加强配体-受体结合界面。本论文第二部分针对B2类粘附性GPCR（adhesion GPCR,aGPCR）进行结构生物学研究。aGPCR有非常大的胞外域（extracellular domain,ECD）和GPCR特征的7TM,aGPCR的ECD由多种结构域组成,其中有非常保守的蛋白自水解结构域（GPCR autoproteolysis-inducing,GAIN）,以及GPCR蛋白水解位点（GPCR proteolysis site,GPS）。部分受体的GPS位点在成熟过程中被水解,有的则不被水解,但两种情况下受体ECD和7TM均结合在一起。目前的研究证实GPS可水解的aGPCR结合配体后能暴露出其跨膜区N端的一段小肽（stachel）,继而活化自身的7TM;而GPS未被水解的aGPCR可能是通过结合配体后机械力的作用下,结构域之间相对位置产生变化来激活其7TM。我们选择不可切割的受体中表达水平较高的GPR124进行结构研究,首先尝试解析其单独跨膜区晶体结构。我们在获得较好的7TM表达片段后进行了热稳定突变筛选,目前获得了几个较有潜力的突变。与此同时,我们也分别尝试了表达纯化受体的不同片段、将受体与胞外配体整合素αvβ3或胞内接头G蛋白一起共纯化、以及用纳米盘（nanodisc）进行重组装等方法来制备样品以用于单颗粒冷冻电镜（cryo-electron microscopy,cryo-EM）解析。结果显示,我们筛选到了分子量中等、稳定的多结构域GPR124表达克隆并可用nanodisc进行包装,但目前还需要进一步优化与胞外配体或G蛋白的复合物以获得足够大且均一的样品用于cryo-EM解析。虽然目前还未拿到高分辨率的GPR124的结构,但我们的研究为后续解析出其结构以及更清楚地了解其可能的激活机制提供了非常有用的信息。