超過三分之一的FDA批準藥物都是作用于特定的蛋白質(zhì)家族：G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR），這類人體中最大的膜蛋白家族受體是治療高血壓，哮喘，癌癥，糖尿病，還有許多其他疾病的藥物的靶標，那么自然而然，GPCR和它的信號分子之間的相互作用機制就十分重要了。

最近的一項研究揭示了這一事件的時間表，包括GPCR的不同部分何時，以及如何與其G蛋白信號傳導伙伴相互作用。這些發(fā)現(xiàn)為解析細胞中藥物誘導的信號傳導基本機制提供了新的見解，比如鑒定GPCR的最關鍵部分，靶向開發(fā)新療法。

這一研究發(fā)現(xiàn)公布在5月的Cell雜志上，由斯坦福大學，韓國成均館大學，丹麥哥本哈根大學等多處合作完成，文章一作是來自香港中文大學深圳分校的杜洋博士，他是生命與健康科學學院的助理教授，同時也是同期另外一篇Cell文章：Structural Insights into the Process of GPCR-G Protein Complex Formation的共同作者。

這項研究揭示了GPCR與G蛋白形成復合體的時序組裝及動力學機制。其中最激動人心的部分是能夠以時間分辨的方式跟蹤信號傳導。研究人員快速將活化的GPCR及其G蛋白信號傳導因子混合在一起，然后沿自然信號通路捕獲時間分辨的細節(jié)。

他們運用并改進了一些生物物理學的方法，主要是兩種，一種叫脈沖型氫氘交換（Pulsed HDX-MS），另一種叫X射線輻射裂解蛋白印記（X-ray Footprinting）。利用這些方法，研究人員分析研究 beta2腎上腺素受體-G蛋白復合物組裝過程的動力學信息。這兩種方法是用同位素置換或高強度的光源照射這個受體蛋白，使蛋白表面被修飾，根據(jù)蛋白表面跟環(huán)境之間容積的接觸程度的不同，蛋白不同部位的修飾程度也會不同。

研究人員通過質(zhì)譜的方法研究修飾程度的不同，從而了解受體蛋白復合物構(gòu)象的變化。通過所獲得的動力學信息就能研究GPCR是如何和它的信號分子進行時序性相互作用的，進而了解GPCR關于信號分子調(diào)控這一重要的生物學問題。只有了解清楚GPCR的整個結(jié)構(gòu)、調(diào)控機制等相關信息后，才能夠充分利用這個系統(tǒng)的信息來幫助設計藥物。

之前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了GPCR在靜止時（激活前）和在與其他蛋白質(zhì)形成復合物后很長時間（信號傳導結(jié)束）的狀態(tài)，而其中的中間步驟則難以捉摸。

活化的GPCR與細胞內(nèi)特定的G蛋白形成復合物，控制細胞功能。該過程將信息（例如信號）從GPCR傳送到信號分子。該研究揭示了這一過程中的細節(jié)，稱為“G蛋白循環(huán)（G protein cycle）”。在幾毫秒到幾秒內(nèi)，GPCR識別信號（如激素或藥物），重新配置自身，在細胞內(nèi)募集特定的G蛋白，并激活細胞信號級聯(lián)反應。

新的分析技術可以識別GPCR的某一部分（例如單個氨基酸）何時與G蛋白內(nèi)的靶氨基酸鎖定。因此，它揭示了對GPCR功能最重要的精確氨基酸。如果應用于已知與疾病有關的GPCR，那么這種詳細的分析可能會發(fā)現(xiàn)精確藥物靶向的新位點。

GPCR不容易研究。它們嵌入細胞膜中，這是一個自然的位置，有助于它們將信息從外部傳遞到細胞內(nèi)部。然而，這個位置令科學家們想要分離，純化和分析它們變得更為復雜。由于存在這些困難，GPCR及其復合物的結(jié)構(gòu)非常困難，GPCR的第一個結(jié)構(gòu)是在2000年才確定。過去20年中廣泛的GPCR結(jié)構(gòu)研究工作確定了許多GPCR的結(jié)構(gòu)，比如2012年第一個GPCR-G蛋白質(zhì)復合物結(jié)構(gòu)，為此斯坦福大學的Brian Kobilka獲得了諾貝爾化學獎，他也是這篇文章的通訊作者之一。

來源：生物通

原文標題：

Du, Y, et al. “Assembly of a GPCR-G Protein Complex.” Cell. DOI: 10.1016/j.cell.2019.04.022