多篇Nature公布重大突破:著名靶标分子详解

【字体: 时间:2011年09月30日 来源:生物通

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  由加州大学圣地亚哥分校,斯坦福大学领导组成的国际研究团队一连公布了三篇论文,报道了最著名的药物靶标分子:G蛋白偶联受体(GPCR)作用复合物的详细晶体结构,实现了科学家们多年来的夙愿,被称为是一项真正具有突破意义的成果。最新这项成果将在Nature杂志上发表两篇论文,并作为封面头条,另外一篇文章已在本月的12日在PNAS杂志上发表。

  生物通报道:由加州大学圣地亚哥分校,斯坦福大学领导组成的国际研究团队一连公布了三篇论文,报道了最著名的药物靶标分子:G蛋白偶联受体(GPCR)作用复合物的详细晶体结构,实现了科学家们多年来的夙愿,被称为是一项真正具有突破意义的成果。最新这项成果将在Nature杂志上发表两篇论文,并作为封面头条,另外一篇文章已在本月的12日在PNAS杂志上发表。

领导这项研究的是著名的结构生物学,斯坦福大学Brian K. Kobilka教授,他曾2007年与另外一位科学家Raymond C. Stevens,利用T4溶菌酶融合蛋白方法解析了第一个非视紫红质GPCR晶体结构:人β2肾上腺素受体,这篇发表在Sciene上的文章被引上千次,后来他还独立地通过抗体片段介导法解析了人β2肾上腺素受体的结构。

G蛋白偶联受体(GPCR)是与G蛋白有信号连接的一大类受体家族,调控着细胞对激素,神经递质的大部分应答,以及视觉,嗅觉,味觉等。目前世界药物市场上至少有三分之一的小分子药物是GPCR的激活剂或者拮抗剂,据报道,目前上市的药物中,前50种最畅销的药物20%就属于G蛋白受体相关药物,比如充血性心力衰竭药物Coreg,高血压药物Cozaar,乳腺癌药物Zoladex等等。

由于GPCR属于膜蛋白——穿插细胞膜多达7次,而且构象形态多,因此其结构生物学分析不容易开展,而这篇文章完成了GPCR跨膜信号作用复合物的X-射线晶体结构,实现了许多人未能完成的任务,正如密苏里州大学的Stephen Sprang所说的那样:这是一篇真正具有突破意义的文章,多年以来,我们这行里的人都在梦想得到这个结构图,因为它最终会告诉我们GPCR受体是如何发挥作用的。

在这篇文章中,研究人员利用X线晶体成像技术(X-ray crystallographic)对与G蛋白偶联的β2肾上腺素能受体复合物进行了研究,据报道,G蛋白是一种由三个不同亚单位组成的蛋白,它很容易与GPCR蛋白分开,并且解离成三个独立的亚单位,而且这个复合物的大小大约是β2肾上腺素能受体蛋白的2倍。如果要拿到β2肾上腺素能受体蛋白——G蛋白复合物的晶体结构首先就得开发出纯化该复合物并且让它稳定存在的新技术,比如让复合物与抗体结合,或者对数千种不同的结晶条件进行系列实验等等。

另外一篇Nature文章则介绍了利用“肽酰胺氢-氘交换质谱”对这一信号作用复合物的蛋白动态所做的探测研究,同期Nature杂志还发表了特写文章“It's all about the structure”,称要确定这些复合物的结构特别具有挑战性。

不过也有科学家表示,由于这项研究实验采用的是经过人工改造的,并且与抗体结合的GPCR蛋白复合体,这可能不能反应天然蛋白的真实情况。对此,Kobilka等人则认为他们已经做过蛋白功能实验,实验结果表明他们使用的蛋白与天然蛋白在功能上没有差异。

(生物通:万纹)

原文摘要:

Crystal structure of the β2 adrenergic receptor–Gs protein complex

G protein-coupled receptors (GPCRs) are responsible for the majority of cellular responses to hormones and neurotransmitters as well as the senses of sight, olfaction and taste. The paradigm of GPCR signalling is the activation of a heterotrimeric GTP binding protein (G protein) by an agonist-occupied receptor. The β2 adrenergic receptor (β2AR) activation of Gs, the stimulatory G protein for adenylyl cyclase, has long been a model system for GPCR signalling. Here we present the crystal structure of the active state ternary complex composed of agonist-occupied monomeric β2AR and nucleotide-free Gs heterotrimer. The principal interactions between the β2AR and Gs involve the amino- and carboxy-terminal α-helices of Gs, with conformational changes propagating to the nucleotide-binding pocket. The largest conformational changes in the β2AR include a 14 Å outward movement at the cytoplasmic end of transmembrane segment 6 (TM6) and an α-helical extension of the cytoplasmic end of TM5. The most surprising observation is a major displacement of the α-helical domain of Gαs relative to the Ras-like GTPase domain. This crystal structure represents the first high-resolution view of transmembrane signalling by a GPCR.

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