一個由德國、瑞典和美國組成的研究組在室溫條件下，利用LCLSX射線激光器，成功解碼一種重要G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)的3D結(jié)構(gòu)。同時驗(yàn)證了LCLSX射線激光器的可行性。相關(guān)文章發(fā)表于2013年12月20日的《science》雜志上。

Science：利用新技術(shù)在天然條件下成功獲得g蛋白偶聯(lián)受體3D結(jié)構(gòu)

GPCR功能

GPCR是一個蛋白大家族，對人類健康有關(guān)鍵性作用，約40%的現(xiàn)代藥物都靶標(biāo)這類蛋白。與GPCR有關(guān)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(guān)研究獲得了2012年的諾貝爾化學(xué)獎。

然而，解析GPCR的結(jié)構(gòu)并不容易。“我們在室溫條件下，獲得了這種重要膜蛋白的高分辨率結(jié)構(gòu)，”Scripps研究所的VADIm Cherezov說，他是這項(xiàng)研究的。“同時我們還驗(yàn)證了一種新技術(shù)，以后人們可以放心的用它來解析新的結(jié)構(gòu)。”

新技術(shù)解析GPCR結(jié)構(gòu)

研究人員對人類的5-羥色胺受體進(jìn)行了研究，該蛋白與學(xué)習(xí)、情緒和睡眠有關(guān)，是肥胖、抑郁和偏頭痛藥物的靶標(biāo)。為了模擬細(xì)胞環(huán)境，科學(xué)家們在脂肪凝膠中制備該受體的結(jié)晶。他們利用新型注射系統(tǒng)，使凝膠進(jìn)入LCLS(Linac Coherent Light Source)x射線脈沖的路徑，以收集蛋白的結(jié)構(gòu)信息。

這一方法解決了GPCR研究中的zui大障礙：傳統(tǒng)X射線研究使用同步加速器的，需要較大的結(jié)晶體，而GPCR很難達(dá)到這樣的尺寸。由于LCLS比zui強(qiáng)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(shù)分析微小結(jié)晶并立即收集數(shù)據(jù)。LCLS成像時射線還來不及造成傷害，因此樣品不需要進(jìn)行冰凍，可以在更天然的狀態(tài)下檢測。

用同步加速器的研究，往往要耗費(fèi)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(yōu)化結(jié)晶，收集足夠的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。而LCLS技術(shù)能解析更小的結(jié)晶，可以在幾天的時間內(nèi)完成結(jié)構(gòu)分析。

*通訊作者，TSRI的劉偉(音譯Wei Liu)說，“不用收集晶體顆粒是一大優(yōu)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(shù)據(jù)。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(jié)構(gòu)，這更貼近蛋白的天然環(huán)境溫度(體溫)。”

人體大約擁有800種GPCR，但迄今為止，科學(xué)家們只解析了十多個GPCR結(jié)構(gòu)。 此前，人們已經(jīng)用傳統(tǒng)方法分析過人類5-羥色胺受體的結(jié)構(gòu)，但當(dāng)時進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的條件并不理想。現(xiàn)在，新技術(shù)提供了更為準(zhǔn)確的5-羥色胺受體的結(jié)構(gòu)，將幫助人們更好的開發(fā)相關(guān)藥物，避免副作用。

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