Science揭示G蛋白-PLC途徑新機(jī)制
日期：2010-10-25 17:15:06
目前經(jīng)美國食品與藥品管理局（FDA）批準(zhǔn)的一半以上的藥物都是直接或間接靶向G蛋白偶聯(lián)受體。G蛋白偶聯(lián)受體是一種細(xì)胞表面受體，能將細(xì)胞外的分子信號(hào)傳遞至細(xì)胞內(nèi)激起細(xì)胞反應(yīng)，對(duì)多種細(xì)胞行為包括細(xì)胞生長、肌肉收縮血小板凝集、視力及嗅覺起調(diào)控作用。許多G蛋白偶聯(lián)受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)都有G蛋白Gq和磷脂酶C（PLC）參與將信號(hào)傳遞至細(xì)胞。然而直到現(xiàn)在科學(xué)家們對(duì)這條信號(hào)途徑的機(jī)制仍然了解甚少。
“我們認(rèn)為要真正了解這個(gè)信號(hào)復(fù)合物的作用機(jī)制，必須從原子水平對(duì)它進(jìn)行研究，”資深研究員、北卡羅來納州大學(xué)藥理學(xué)系教授Kendall Harden博士說道：“經(jīng)過15年的科研努力終于獲得這一了不起的發(fā)現(xiàn)。”
多年來，研究小組一直試圖了解Gq蛋白是如何與PLC結(jié)合的。首先他們需要解決的主要困難就是必須獲得高度純化的蛋白質(zhì)才能進(jìn)行原子結(jié)構(gòu)分析。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)調(diào)整溶液的PH值、鹽及其他多個(gè)變量，研究人員獲得了高純度的蛋白質(zhì)合成晶體并對(duì)其進(jìn)行成像分析。科學(xué)家們利用自動(dòng)化儀器對(duì)化學(xué)反應(yīng)條件進(jìn)行細(xì)微地調(diào)整，合成了數(shù)千種體積均小于針頭的晶體，并用自動(dòng)化成像系統(tǒng)捕獲了每次的反應(yīng)。
論文的第一作者Gary Waldo說經(jīng)過成千上萬次的成像分析他才找到一個(gè)顯示PLC與Gq結(jié)合的晶體結(jié)構(gòu)。同時(shí)他發(fā)現(xiàn)PLC分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了部分缺失，這使得PLC能夠正確與它的配體結(jié)合。
研究小組進(jìn)而合成了同樣不完整結(jié)構(gòu)的PLC。“結(jié)構(gòu)不完整的PLC與G蛋白結(jié)合在一起，并在過夜后形成了結(jié)晶，”北卡羅來納大學(xué)藥理學(xué)、生物化學(xué)和生物物理學(xué)系教授、資深研究員John Sondek說道。
在獲得晶體結(jié)構(gòu)后，研究人員嘗試改變復(fù)合物的部分結(jié)構(gòu)以確定它們發(fā)生相互作用及傳遞信號(hào)的機(jī)制。研究人員證實(shí)PLC分子通過三個(gè)不同的區(qū)域與G蛋白發(fā)生相互作用。
為了更好地了解這種相互作用的重要性，研究人員對(duì)PLC分子引入了一個(gè)小的突變，這一突變被假定為對(duì)關(guān)閉細(xì)胞膜上的這一信號(hào)是非常重要的。“研究人員在果蠅的眼睛中表達(dá)突變的PLC，發(fā)現(xiàn)果蠅的眼睛無法看到光線，證明信號(hào)不能被激活。”Sondek說。
研究小組計(jì)劃在小鼠和其他的動(dòng)物中進(jìn)一步開展分子研究。“新發(fā)現(xiàn)幫助我們了解到G蛋白與PLC是如何結(jié)合在一起調(diào)整細(xì)胞的增殖，以及分子的遺傳突變是如何導(dǎo)致癌癥。”Harden說：“此外，我們的發(fā)現(xiàn)將有助于科學(xué)家進(jìn)一步了解這一信號(hào)復(fù)合物與其他分子的相互作用機(jī)制，并開發(fā)出可影響這些相互作用的化合物。”
