Über ein Drittel aller von der FDA zugelassene Medikamente wirken auf eine bestimmte Familie von Proteinen: die G-protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCRs). Medikamente zur Behandlung von hohem Blutdruck, asthma, Krebs, diabetes und einer Vielzahl anderer Bedingungen Ziel GPCRs im ganzen Körper—aber eine aktuelle Studie zeigt, was als Nächstes passiert. Die Ergebnisse veröffentlichten in Celldie Forscher skizzieren die Chronologie der Ereignisse, einschließlich, Wann genau und wie die verschiedenen Teile eines GPCR interagiert mit dem G-protein signaling Partner. Die Ergebnisse liefern neue Einblicke in die grundlegenden Mechanismen der Medikamenten-induzierten Signaltransduktion in Zellen, einschließlich der Möglichkeiten zur Identifizierung der kritischsten Teile der GPCRs für die Ausrichtung der Entwicklung neuartiger Therapeutika.
„Wir sind in der Lage, um zu sehen—von Millisekunden auf Minuten-Zeitskala—die detaillierte Abfolge der Ereignisse, wo ein GPCR trifft auf den downstream-signaling partner und katalysiert eine Veränderung in Ihrer Struktur, liefert die Grundlage für das verstehen seiner Signale,“ sagte entsprechenden Autor David Lodowski, PhD, assistant professor in der Abteilung für Ernährung an der Case Western Reserve University School of Medicine. „Der spannendste Teil ist, können wir Folgen dem Signal in a time-resolved Art und Weise. Wir erstmal schnell mischen der aktivierten GPCR und dem G-protein signaling partner, und dann erfassen, time-resolved details entlang der natürlichen Signalweg.“
Die Wissenschaftler beobachteten die Bildung der GPCR-signaling-Komplex, mithilfe einer leistungsstarken Technik namens „radiolytic footprinting“ dass Paare, die Chemische Markierung der Proteine mit Massen-Analyse. In dieser Technik, die hohe Intensität der X-Strahlen werden verwendet, um generieren hochreaktive Chemische Etiketten aus dem Wasser umgibt die Proteine, so dass ein „snapshot“ des proteins Regionen von Interesse. Diese x-ray-footprinting-Technik wurde erstmals von Mark Chance, PhD, Vize-Dekan für Forschung an der Case Western Reserve University School of Medicine und ein Co-Autor des Manuskripts.
„Unser Fußabdruck-Ansatz effizient Etiketten, die außerhalb von Proteinen,“ Lodowski erklärt. „Wenn ein protein in isolation gekennzeichnet ist, auf der einen Seite, und klicken Sie dann im Komplex ist nicht mehr beschriftet es, wir wissen, dass das höchstwahrscheinlich die Interaktion der Oberfläche.“ Dieser Ansatz half den Forschern zu verstehen, wie ein GPCR verwendet seine verschiedenen Teile seiner Oberfläche, um sich mit dem G-protein.
Frühere Studien haben gezeigt, was GPCRs Aussehen auf den rest (vor der Aktivierung) und noch lange, nachdem Sie gebildet haben komplexe mit anderen Proteinen (und Signalisierung). Die in-zwischen den Schritten wurden mehr schwer. Sagte Lodowski, „Wir sind nun in die vierte dimension—die zeitliche dimension—, wie diese komplexe form.“
Aktivierte GPCRs bilden einen Komplex mit bestimmten G-Proteinen innerhalb der Zellen, die Kontrolle von Zellfunktionen. Der Prozess überträgt Informationen (wie das signal) von der GPCR an die signaling partner. Die Studie zeigt die Besonderheiten in diesem Prozess, der sogenannten „G-protein-Zyklus.“ In Millisekunden, Sekunden, GPCRs identifizieren, die ein signal (etwa ein Hormon oder Medikament), konfigurieren sich selbst, rekrutieren spezifische G-Proteine innerhalb der Zellen, und aktivieren zelluläre signalkaskaden.
Die neue Analyse-Technik kann erkennen, wenn ein bestimmter Teil eines GPCR—einzelne Aminosäuren, zum Beispiel—locks mit dem Ziel, Aminosäuren im inneren ein G-protein. Es zeigt so präzise Aminosäuren wichtigsten GPCR-Funktion. Bei Anwendung der GPCRs bekannt, die Krankheiten verursachen, wie eine detaillierte Analyse könnte möglicherweise entdecken Sie neue Seiten für Präzisions-drug-targeting. „Wir können die gleichen Techniken verwenden, um präzise zu identifizieren Regionen auf GPCRs zu Ziel, therapeutisch,“ Lodowski erklärt. „Wenn wir wissen, dass Standort A wird berührt, bevor die site B, die in dem Zyklus, dann können wir design besser, wirksamer Medikamente.“
GPCRs sind nicht einfach Themen zu studieren. Sie sind eingebettet in Zellmembranen, die eine Natürliche Position, die es erleichtert, Ihre Fähigkeit, Informationen zu übertragen, die von außerhalb in die Zelle. Jedoch, diese Lage erschwert die isolation, Aufreinigung und Analyse. Aufgrund dieser Schwierigkeiten Strukturen von GPCRs und Ihrer komplexe wurden überaus schwierig zu lösen, wobei die erste Struktur eines GPCR nur ermittelt werden, im Jahr 2000. Umfangreiche GPCR-Struktur-Bestimmung Anstrengungen der letzten 20 Jahre haben es ermöglicht, die Struktur, die Bestimmung von einer Reihe von GPCRs, einschließlich der ersten GPCR-G-protein-Komplex-Struktur im Jahr 2012 die verdiente Brian Kobilka, MD, von der Stanford University den Nobelpreis für Chemie. Kobilka wurde auch ein entsprechender Autor auf der neuen Zelle Veröffentlichung.
„Diese Arbeit wäre nicht möglich gewesen ohne unsere Welt-Klasse-team der Ermittler, darunter Mitarbeiter an der Stanford, die Sungkyunkwan-Universität in Korea, der University of Copenhagen in Dänemark, und die Wissenschaftler und Ingenieure bei der Fall-Zentrum für Synchrotronstrahlung Biowissenschaften am Brookhaven National Laboratory,“ Chance sagte. Die Fall-Mitte für Synchroton Biosciences, befindet sich an der National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) an Brookhaven-Labor, betreibt die custom foot-beamline (BM-17) die Forscher in der neuen Studie.
Vorwärts gehend, sind die Forscher planen, verwenden Sie die beamline am NSLS-II zur weiteren Analyse der Aktivierung von GPCRs und Ihrer komplexe. Sie kombinieren Ihre Ergebnisse mit vorhandenen GPCR-strukturelle Daten, um besser zu verstehen, wie GPCRs-Arbeit. Die Ergebnisse könnten dazu führen, besser, beta-Blocker, Chemotherapeutika, auch Medikamente zur Behandlung von vision oder kognitive Defizite.