科學家利用目前最強力的X射線激光器,在最接近天然的條件下,獲得了一種重要G蛋白偶聯受體(GPCR)的3D結構。這一突破發表在最近一期的Science雜志上。
GPCR是一個蛋白大家族,對人類健康有關鍵性作用,約40%的現代藥物都靶標這類蛋白。與GPCR有關的疾病包括,高血壓、哮喘、精神分裂癥和帕金森癥。由于這類蛋白的重要性,GPCR相關研究獲得了2012年的諾貝爾化學獎。
然而,解析GPCR的結構并不容易。“我們首次在室溫條件下,獲得了這種重要膜蛋白的高分辨率結構,”Scripps研究所的Vadim Cherezov說,他是這項研究的領導者。“同時我們還驗證了一種新技術,以后人們可以放心的用它來解析新的結構。”
研究人員對人類的5-羥色胺受體進行了研究,該蛋白與學習、情緒和睡眠有關,是肥胖、抑郁和偏頭痛藥物的靶標。為了模擬細胞環境,科學家們在脂肪凝膠中制備該受體的結晶。他們利用新型注射系統,使凝膠進入LCLS(Linac Coherent Light Source)X射線脈沖的路徑,以收集蛋白的結構信息。
這一方法解決了GPCR研究中的最大障礙:傳統X射線研究使用同步加速器的,需要較大的結晶體,而GPCR很難達到這樣的尺寸。由于LCLS比最強力的同步加速器還明亮百萬倍,還支持超快的成像,研究人員可以通過這一技術分析微小結晶并立即收集數據。LCLS成像時射線還來不及造成傷害,因此樣品不需要進行冰凍,可以在更天然的狀態下檢測。
用同步加速器的研究,往往要耗費很長時間,才能獲得困難蛋白的大晶體。之后,還需要幾個月的時間來優化結晶,收集足夠的結構數據。而LCLS技術能解析更小的結晶,可以在幾天的時間內完成結構分析。
文章的第一作者,TSRI的劉偉(音譯Wei Liu)說,“不用收集晶體顆粒是一大優勢,我們只需將含有微晶體的膠狀樣品載入注射器,就可以收集數據。另外,不用在液氮中冷凍也很重要。我們可以在室溫下解析分子結構,這更貼近蛋白的天然環境溫度(體溫)。”
人體大約擁有800種GPCR,但迄今為止,科學家們只解析了十多個GPCR結構。 此前,人們已經用傳統方法分析過人類5-羥色胺受體的結構,但當時進行實驗的條件并不理想。現在,新技術提供了更為準確的5-羥色胺受體的結構,將幫助人們更好的開發相關藥物,避免副作用。
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