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GPCRs 的热稳 定技术

发布时间:2020-03-11浏览:98次

技术 | 太上老君的炼丹炉:GPCRs 的热稳 定技术 

作者:毛博 (需要资料图联系超博小凌)

 

众所周知,G-蛋白偶联受体(G-protein-coupled receptorsGPCRs)是生物学和医学上非常重 要的膜蛋白,目前已经有 15 GPCRs 的结构得以确定。但是,GPCRs 的结构非常不稳定;

GPCRs 的序列非常难以测定,这就造成了研究的困难和瓶颈。如何精确快速地测定 GPCRs 结构及其氨基酸序列一直是该领域研究的热点和焦点。为了解决这一难题,科学家们开发出 来一种全新的技术——热稳定技术(thermostabilisation)。就象太上老君的炼丹炉一样,通过 测定和改变 GPCRs 的热稳定性来决定其结构和序列,调节其功能。Cell 的一篇综述《A crystal clear solution for determining G-protein-coupled receptorstructures》就详细解释和阐述了这一 Zui新的技术。 

什么是 thermostabilisation 技术? 

众所周知,蛋白质的热稳定性是由它的氨基酸序列所决定的。但是,即使是氨基酸序列高度

相似的蛋白质,如果来自不同的有机体,它们的热稳定性也可能完全不同。例如,来自火鸡的

β1AR 与来自人类的 β1AR 的氨基酸序列有 76%是完全一致的,但是它们的热稳定性却完全

不同。甚至,DNA 的点突变也可以增加蛋白质的稳定性,比如 KcsAM13DGK 位置的点突

变。因此,GPCRs thermostabilisation 技术的原理就是通过测量 GPCRs 的热稳定性来反推

其氨基酸序列。 

理论上,任何的热稳定性分析技术都可以使用,但是放射性配体结合试验因为其有着非常高

的产量和灵敏度等显著优点,成为测量 GPCRs 的热稳定性的NO1选方法。目前,这一技术已经

被成功地用于大肠杆菌(Escherichia coli)表面 GPCRs 的热稳定性的测量。 

Thermostabilisation 技术用于 GPCRs 结构研究 

目前,thermostabilisation 技术已经成功地应用于 3 种人类 GPCPs。它们是 β1AR ,A2AR 以及

神经降压素受体。通过 thermostabilisation 技术不仅能够反推蛋白质的氨基酸序列,还可以

增加蛋白质的热稳定性。目前,β1AR A2AR 的热稳定性已经可以分别提高 8 14

这极大地增加了 β1AR A2AR 的稳定性,为研究和确定其序列和结构提供了基础。 

Thermostabilisation 技术还可以将 GPCPs 的热稳定性较高的突变体结合和串联起来,从而生

成热稳定性更高的 GPCPs。如下图所示,A2AR 有三种热稳定性较高的突变体:GL0GL10

GL23。通过 thermostabilisation 技术将其串联起来,生成了热稳定性很高的新突变体:

A2AR-GL26。其热稳定性远远高于野生型 A2ARWT)。 

Thermostabilisation 技术用于药物研发 

任何改变GPCPs热稳定性的技术都将改变其药理学性质,thermostabilisation技术也不例外。

在热稳定性增加之后,GPCPs 与配体的结合力将会发生改变。例如,A2AR 的热稳定性增加

了之后,其与 ZM241385CGS15943SCH58621 的结合力显著性增加。如下图所示,A2AR

GL26 的结合力远远大于 A2AR-GL23;而 A2AR-GL23 又远远大于 A2AR-GL0 

因此,可以通过改变 GPCPs 的热稳定性,调节其与配体的结合能力。在需要增加结合能力的

时候,有意识地增加其热稳定性;而在需要减弱其结合能力的时候,有意识地降低其热稳定

性,从而达到改变其药理学性质的目的。 

G-蛋白偶联受体(G-protein-coupled receptorsGPCRs)是生物学和医学上非常重要的膜蛋白,

但是,由于其结构的不稳定性,造成了研究的困难。热稳定技术(thermostabilisation)一方面

通过测定 GPCRs 的热稳定性来反推其结构和序列,另一方面,可以直接改变 GPCRs 的热稳

定性来改变其药理学性质。热稳定技术(thermostabilisation)在药物开发、基础研究以及临床

治疗方面正在得到越来越广泛的应用。 

参考文献 

A crystal clear solution fordetermining G-protein-coupled receptor structures 

 

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