两篇Nature填补诺奖研究的空白

最近，研究人员揭开了关于“生物体中的细胞如何处理刺激”的新细节。这项研究部分是由瑞士国家科学基金会资助，主要集中在所谓的G-蛋白，该蛋白有助于将细胞外部的刺激，传达到细胞内部。使用瑞士保罗谢尔研究所（Paul Scherrer Institute，PSI）开发的一种技术，这项研究的作者发现了“G蛋白的哪一部分对于它们的作用是至关重要的”。特别是，他们表明，只有几个氨基酸――蛋白质构建模块，对于它们的功能有重要影响。但是，其他氨基酸，可以被更改，不会影响它们的功能。这些新发现显著加深了我们对“感官知觉和激素活性等过程”的理解，并有助于开发新的药物。PSI、苏黎世联邦理工大学、制药公司罗氏公司和英国MRC分子生物学实验室的研究人员，将这项研究结果接连发表在最近的《Nature》及其旗下子刊《Nature Structural and Molecular Biology》。

当我们看到一个物体时，主要发生以下情况：从物体发出的光击中我们的眼睛，于是神经细胞发送信号给大脑，而大脑将其看做物体的图像。信号传输是由视紫红质引起的，即所谓的G蛋白偶联受体。一旦光到达眼睛，这种蛋白在视网膜细胞中就被激活。视紫红质作为一个开关，一旦打开，就将信号传递给细胞内的G蛋白。这会放大信号，并使其在细胞中传播。许多G蛋白偶联受体与G蛋白，以类似的方式起作用。例如，当身体在压力情况下释放荷尔蒙肾上腺素时，肌肉细胞中的肾上腺素受体就被激活。在这种情况下，相应的G蛋白转播信号，最终在绷紧的肌肉中达到顶点。由PSI和苏黎世联邦理工大学、连同英国MRC分子生物学实验室和罗氏制药公司的研究人员带领的研究小组，提供了“这些蛋白的激活是如何发生的”的新细节。这些研究结果可以被转移到其他过程，如气味、味道和类似蛋白质参与信号传输的更多过程。此外，它们还可以有助于开发新的、改良的药物。

诺贝尔奖获奖研究

由于几十年的研究，科学家已经对“G蛋白及其相应受体（G蛋白偶联受体或简称GPCRs）之间的相互作用”有了很多的了解。例如，在1994年和2012年，这些受体的发现及其与G-蛋白的耦合机制的澄清，都获得了诺贝尔奖。然而，直到现在，“G蛋白是如何被激活的”尚不明确。这项新研究填补了这一空白，从而揭示了“在G蛋白激活过程中它们的形状是如何改变的，以及哪些蛋白成分引起了这些改变”。

极少数的组件起决定作用

像所有的蛋白质一样，G蛋白是由称之为氨基酸的构建模块组成的。在蛋白质中，根据编码在我们DNA中的精确信息，这些氨基酸与特定的序列联系在一起。这里研究的G蛋白是由354个氨基酸组成的。为了弄清这种蛋白是如何被激活的，该研究的作者用另一个氨基酸替换成这354种氨基酸的每一个。然后他们测量了这种替换对G蛋白的激活程度有何影响。

Dawei Sun在PSI进行了实验，作为其博士论文的一部分，他解释说：“测量结果的分析表明，只有一小部分氨基酸（约20个）在G蛋白激活中起着重要的作用。”毫无疑问，只有交换这些特定的氨基酸，才会对G蛋白的激活有显著影响，而交换其余的氨基酸则没有产生显著影响。研究人员发现了必需氨基酸对于一段G蛋白形状变化的影响，这类似于在停用状态推出流光（螺旋结构）。PSI生物分子研究实验室首席研究员Dmitry Veprintsev解释说：“当关键氨基酸被交换时，这种结构就缺乏其正常的扭曲。这使我们能够解释，在G蛋白的活化过程中，螺旋结构是消失的，至少是暂时的。”

对于几乎1/3的药物都是有用的

这一结果的意义是不仅仅局限于一个单一的蛋白质：这种新发现的机制是普遍的。换句话说，它不仅涉及到本研究中检测的特定G蛋白，而是所有的G蛋白。MRC分子生物学实验室Madan Babu带领的研究小组最近在《Nature》发表的一项研究，通过广泛的计算机计算，支持了这个结论。Veprintsev强调，当前的研究发现了在G蛋白激活机制中发挥作用的必需氨基酸。PSI生物学和化学研究部主任Gebhard Schertler解释说，这一见解，对于通过GPCR受体及其相应G蛋白激活而发挥作用的药物开发，有着很大的帮助。潜在的好处是不可低估的：今天，所有可用的药物中大约有30%已经通过这种方式发挥它们的效果。此外，这项研究结果的影响可能超越了G蛋白。Veprintsev确信：“在未来，我们的方法可以应用于其他重要的蛋白质，以了解它们的激活机制。”

（转化医学网360zhyx.com）