超過(guò)三分之一的FDA批準(zhǔn)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(biāo)，那么自然而然，GPCR和它的信號(hào)分子之間的相互作用機(jī)制就十分重要了。

最近的一項(xiàng)研究揭示了這一事件的時(shí)間表，包括GPCR的不同部分何時(shí)，以及如何與其G蛋白信號(hào)傳導(dǎo)伙伴相互作用。這些發(fā)現(xiàn)為解析細(xì)胞中藥物誘導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)基本機(jī)制提供了新的見(jiàn)解，比如鑒定GPCR的最關(guān)鍵部分，靶向開(kāi)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(xué)，韓國(guó)成均館大學(xué)，丹麥哥本哈根大學(xué)等多處合作完成，文章一作是來(lái)自香港中文大學(xué)深圳分校的杜洋博士，他是生命與健康科學(xué)學(xué)院的助理教授，同時(shí)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(xiàng)研究揭示了GPCR與G蛋白形成復(fù)合體的時(shí)序組裝及動(dòng)力學(xué)機(jī)制。其中最激動(dòng)人心的部分是能夠以時(shí)間分辨的方式跟蹤信號(hào)傳導(dǎo)。研究人員快速將活化的GPCR及其G蛋白信號(hào)傳導(dǎo)因子混合在一起，然后沿自然信號(hào)通路捕獲時(shí)間分辨的細(xì)節(jié)。

他們運(yùn)用并改進(jìn)了一些生物物理學(xué)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(fù)合物組裝過(guò)程的動(dòng)力學(xué)信息。這兩種方法是用同位素置換或高強(qiáng)度的光源照射這個(gè)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(huì)不同。

研究人員通過(guò)質(zhì)譜的方法研究修飾程度的不同，從而了解受體蛋白復(fù)合物構(gòu)象的變化。通過(guò)所獲得的動(dòng)力學(xué)信息就能研究GPCR是如何和它的信號(hào)分子進(jìn)行時(shí)序性相互作用的，進(jìn)而了解GPCR關(guān)于信號(hào)分子調(diào)控這一重要的生物學(xué)問(wèn)題。只有了解清楚GPCR的整個(gè)結(jié)構(gòu)、調(diào)控機(jī)制等相關(guān)信息后，才能夠充分利用這個(gè)系統(tǒng)的信息來(lái)幫助設(shè)計(jì)藥物。

之前的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了GPCR在靜止時(shí)（激活前）和在與其他蛋白質(zhì)形成復(fù)合物后很長(zhǎng)時(shí)間（信號(hào)傳導(dǎo)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(xì)胞內(nèi)特定的G蛋白形成復(fù)合物，控制細(xì)胞功能。該過(guò)程將信息（例如信號(hào)）從GPCR傳送到信號(hào)分子。該研究揭示了這一過(guò)程中的細(xì)節(jié)，稱為“G蛋白循環(huán)（G protein cycle）”。在幾毫秒到幾秒內(nèi)，GPCR識(shí)別信號(hào)（如激素或藥物），重新配置自身，在細(xì)胞內(nèi)募集特定的G蛋白，并激活細(xì)胞信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)。

新的分析技術(shù)可以識(shí)別GPCR的某一部分（例如單個(gè)氨基酸）何時(shí)與G蛋白內(nèi)的靶氨基酸鎖定。因此，它揭示了對(duì)GPCR功能最重要的精確氨基酸。如果應(yīng)用于已知與疾病有關(guān)的GPCR，那么這種詳細(xì)的分析可能會(huì)發(fā)現(xiàn)精確藥物靶向的新位點(diǎn)。

GPCR不容易研究。它們嵌入細(xì)胞膜中，這是一個(gè)自然的位置，有助于它們將信息從外部傳遞到細(xì)胞內(nèi)部。然而，這個(gè)位置令科學(xué)家們想要分離，純化和分析它們變得更為復(fù)雜。由于存在這些困難，GPCR及其復(fù)合物的結(jié)構(gòu)非常困難，GPCR的第一個(gè)結(jié)構(gòu)是在2000年才確定。過(guò)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(gè)GPCR-G蛋白質(zhì)復(fù)合物結(jié)構(gòu)，為此斯坦福大學(xué)的Brian Kobilka獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，他也是這篇文章的通訊作者之一。

來(lái)源：生物通

原文標(biāo)題：

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