科學(xué)家闡明生物有機(jī)體中刺激作用傳輸?shù)姆肿訖C(jī)制

近日，刊登在雜志Nature和Nature Structural and Molecular Biology上的兩篇研究論文中，來自蘇黎世大學(xué)等處的科學(xué)家通過研究深入解析了生物體中刺激傳輸?shù)姆肿訖C(jī)制，文章中研究者重點(diǎn)關(guān)注所謂的G蛋白，該蛋白可以幫助傳輸外界刺激，外界刺激可以達(dá)到細(xì)胞內(nèi)部；研究者利用一種自己開發(fā)的新型技術(shù)發(fā)現(xiàn)對(duì)G蛋白功能非常重要的結(jié)構(gòu)，尤其是少許的氨基酸可以明顯影響G蛋白的功能；相關(guān)研究為改善研究者對(duì)于機(jī)體感覺及激素活動(dòng)的理解，并且開發(fā)新型藥物治療相關(guān)疾病提供了新的希望。

當(dāng)我們看到一個(gè)物體，那么看到物體這個(gè)過程是如何發(fā)生的呢？即來自物體反射的光進(jìn)入我們的眼睛，隨后神經(jīng)細(xì)胞會(huì)將信號(hào)傳輸?shù)酱竽X，大腦就會(huì)該物體的成像進(jìn)行解釋；信號(hào)的傳輸是由一種名為視紫質(zhì)的蛋白質(zhì)來誘發(fā)的，而視紫質(zhì)是一種所謂的G蛋白偶聯(lián)受體，該蛋白存在于視網(wǎng)膜細(xì)胞中，當(dāng)光一進(jìn)入眼睛中該蛋白質(zhì)就會(huì)被激活。

視紫質(zhì)可以扮演一種分子開關(guān)，一旦開啟就會(huì)將信號(hào)傳輸?shù)郊?xì)胞中的G蛋白，zui后就會(huì)級(jí)聯(lián)放大信號(hào)并且對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳遞；許多對(duì)兒G蛋白及其偶聯(lián)的受體都會(huì)以相同的方式來發(fā)揮功能，比如肌肉細(xì)胞中的腎上腺素受體其就可以在機(jī)體釋放腎上腺素的情況下被激活?？茖W(xué)家們花費(fèi)了大量的時(shí)間致力于研究G蛋白和其相應(yīng)受體（G蛋白偶聯(lián)受體GPCRs）之間的相互作用；，科學(xué)家因發(fā)現(xiàn)G蛋白的受體及其偶聯(lián)機(jī)制分別獲得了1994和2012年的諾貝爾生理學(xué)及醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，截止到目前研究者并不清楚G蛋白被激活的分子機(jī)制，本文研究中科學(xué)家們就揭示了在G蛋白被激活期間其形狀發(fā)生改變的機(jī)制。

和所有蛋白一樣，G蛋白也是由許多稱之為氨基酸的元件所組成的；在蛋白質(zhì)中氨基酸往往會(huì)彼此互相連接形成特殊的氨基酸序列，研究者所研究的G蛋白由354個(gè)氨基酸所組成，為了闡明該蛋白如何被激活，研究人員將組成G蛋白的每一個(gè)氨基酸進(jìn)行了替換，隨后他們測(cè)定了氨基酸的交換對(duì)于G蛋白激活程度的影響。

研究者Dawei Sun說道，我們發(fā)現(xiàn)僅有一小組大約20個(gè)氨基酸對(duì)于激活G蛋白非常關(guān)鍵，因此毫無疑問，通過交換組成G蛋白的特殊氨基酸對(duì)于激活該蛋白的表達(dá)具有明顯的影響，同時(shí)交換其它氨基酸卻對(duì)該蛋白沒有任何影響；隨后研究者檢測(cè)了必要的氨基酸對(duì)G蛋白形狀改變的影響，G蛋白的形狀改變可以幫助組裝其在失活狀態(tài)下的雙螺旋結(jié)構(gòu)；當(dāng)關(guān)鍵的氨基酸被開啟后G蛋白的雙螺旋結(jié)構(gòu)就會(huì)缺乏扭曲，這或許就可以幫助闡明雙螺旋結(jié)構(gòu)為何會(huì)在G蛋白激活的過程中短暫地消失。

本文研究的結(jié)果并不限于單一的蛋白質(zhì)，這種新發(fā)現(xiàn)的機(jī)制是普遍存在的，換句話說，其不僅參與了本文中所研究的G蛋白的激活，而且還參與了所有G蛋白的激活過程；文章中研究者發(fā)現(xiàn)了對(duì)G蛋白激活非常重要的氨基酸序列，這對(duì)于后期開發(fā)通過激活GPCR受體及相關(guān)G蛋白的新型藥物來治療相關(guān)的疾病提供了一定幫助，該研究對(duì)未來研究的幫助不可估量，如今大約30%的可用藥物都是以這種機(jī)制來釋放作用的，而且作用效果甚至在G蛋白之上；本文研究對(duì)于研究其它重要的蛋白質(zhì)幫助理解蛋白質(zhì)的激活機(jī)制提供了新的思路和幫助。