We present MVSNeRF, a novel neural rendering approach that can efficiently reconstruct neural radiance fields for view synthesis. Unlike prior works on neural radiance fields that consider per-scene optimization on densely captured images, we propose a generic deep neural network that can reconstruct radiance fields from only three nearby input views via fast network inference. Our approach leverages plane-swept cost volumes (widely used in multi-view stereo) for geometry-aware scene reasoning, and combines this with physically based volume rendering for neural radiance field reconstruction. We train our network on real objects in the DTU dataset, and test it on three different datasets to evaluate its effectiveness and generalizability. Our approach can generalize across scenes (even indoor scenes, completely different from our training scenes of objects) and generate realistic view synthesis results using only three input images, significantly outperforming concurrent works on generalizable radiance field reconstruction. Moreover, if dense images are captured, our estimated radiance field representation can be easily fine-tuned; this leads to fast per-scene reconstruction with higher rendering quality and substantially less optimization time than NeRF.

Summary Glucose homeostasis, regulated by glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP), glucagon-like peptide-1 (GLP-1) and glucagon (GCG) is critical to human health. Several multi-targeting agonists at GIPR, GLP-1R or GCGR, developed to maximize metabolic benefits with reduced side-effects, are in clinical trials to treat type 2 diabetes and obesity. To elucidate the molecular mechanisms by which tirzepatide, a GIPR/GLP-1R dualagonist, and peptide 20, a GIPR/GLP-1R/GCGR triagonist, manifest their superior efficacies over monoagonist such as semaglutide, we determined cryo-electron microscopy structures of tirzepatide-bound GIPR and GLP-1R as well as peptide 20-bound GIPR, GLP-1R and GCGR The structures reveal both common and unique features for the dual and triple agonism by illustrating key interactions of clinical relevance at the atomic level. Retention of glucagon function is required to achieve such an advantage over GLP-1 monotherapy. Our findings provide valuable insights into the structural basis of functional versatility and therapeutic supremacy of tirzepatide and peptide 20.

Abstract Glucose-dependent insulinotropic polypeptide receptor (GIPR) is a potential drug target for metabolic disorders. It works with glucagon-like peptide-1 receptor (GLP-1R) and glucagon receptor (GCGR) in humans to maintain glucose homeostasis. Unlike the other two receptors, GIPR has at least 7 reported (EMBL-EBI, 2022; NCBI, 2022a, 2022b) splice variants (SVs) with previously undefined functions. To explore their roles in endogenous peptide mediated GIPR signaling, we investigated the outcome of co-expressing each of the four SVs in question with GIPR in terms of ligand binding, cAMP accumulation, G s activation, β-arrestin recruitment and cell surface localization. The effects of these SVs on intracellular cAMP responses modulated by receptor activity-modifying proteins (RAMPs) were also studied. It was found that while SVs of GIPR neither bound to the hormone nor affected its signal transduction per se , they differentially regulated GIPR-mediated cAMP and β-arrestin responses. Specifically, SV1 and SV4 were preferable to G s signaling, SV3 was biased towards β-arrestin recruitment, whereas SV2 was inactive on both pathways. In the presence of RAMPs, only SV1 and SV4 synergized the repressive action of RAMP3 on GIP-elicited cAMP production. The results suggest a new form of signal bias that is constitutive and ligand-independent, thereby expanding our knowledge of biased signaling beyond pharmacological manipulation ( i . e ., ligand specific) as well as constitutive and ligand-dependent ( e . g ., SV1 of the growth hormone-releasing hormone receptor).

Abstract Members of the insulin superfamily regulate a variety of biological processes through two types of target-specific but structurally conserved peptides, insulin/insulin-like growth factors and relaxin/insulin-like peptides. The latter bind to the human relaxin family peptide receptors (RXFPs), which are class A G protein-coupled receptors (GPCRs), to exert pleiotropic actions. Here, we report three cryo-electron microscopy structures of RXFP4–G i protein complexes in the presence of the endogenous ligand insulin-like peptide 5 (INSL5) or one of the two small molecule agonists, compound 4 and DC591053, both were discovered through medicinal chemistry efforts. The B chain of INSL5 adopts a single α-helix that penetrates into the orthostatic pocket, while the A chain sits above the orthosteric pocket to interact with the extracellular surface of RXFP4, revealing a unique peptide-binding mode previously unknown. Together with mutagenesis and functional analyses, the key determinants responsible for the peptidomimetic agonism and subtype selectivity were identified. DC591053 selectively mimicked the action of INSL5 at RXFP4 whereas compound 4 activated both RXFP3 and RXFP4. Comparison of peptide binding modes within the insulin superfamily displayed diverse interaction mechanisms distinct to each type of the peptides. Our findings not only provide valuable insights into ligand recognition and subtype selectivity among class A GPCRs, but also expand the knowledge of signaling mechanisms in the insulin superfamily.

Abstract Glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP) is a peptide hormone that exerts crucial metabolic functions by binding and activating its cognate receptor, GIPR. As an important therapeutic target, GIPR has been subjected to intensive structural studies without success. Here, we report the cryo-EM structure of the human GIPR in complex with GIP and a G s heterotrimer at a global resolution of 2.9 Å. GIP adopts a single straight helix with its N terminus dipped into the receptor transmembrane domain (TMD), while the C-terminus is closely associated with the extracellular domain and extracellular loop 1. GIPR employs conserved residues in the lower half of the TMD pocket to recognize the common segments shared by GIP homologous peptides, while uses non-conserved residues in the upper half of the TMD pocket to interact with residues specific for GIP. These results provide a structural framework of hormone recognition and GIPR activation.

Abstract Activated by physiologically important peptide hormones, class B1 G protein-coupled receptors (GPCRs) modulate key physiological functions and serve as valuable drug targets for many diseases. Among them, vasoactive intestinal polypeptide receptor 2 (VIP2R) is the last member whose full-length 3-dimensional structure has yet to be determined. VIP2R, expressed in the central and peripheral nervous systems and involved in a number of pathophysiological conditions, is implicated in pulmonary arterial hypertension, autoimmune and psychiatric disorders. Here, we report the cryo-electron microscopy structure of the human VIP2R bound to its endogenous ligand PACAP27 and the stimulatory G protein. Different from all reported peptide-bound class B1 GPCR structures, the N-terminal α-helix of VIP2R adopts a unique conformation that deeply inserts into a cleft between PACAP27 and the extracellular loop 1, thereby stabilizing the peptide-receptor interface. Its truncation or extension significantly decreased VIP2R-mediated cAMP accumulation. Our results provide additional information on peptide recognition and receptor activation among class B1 GPCRs and may facilitate the design of better therapeutics.