Результаты, опубликованные 24 мая в журнале Nature, раскрывают новую информацию о работе рецепторов, связанных с G-белком, которые являются посредниками для молекулярных сообщений, связанных почти со всеми функциями человеческого тела.
Рецепторы, связанные с G-белком, часто сокращенно GPCR, находятся в мембране клеток, где они обнаруживают сигналы извне клетки и передают их внутрь, чтобы на них воздействовать. Они реагируют на сигналы, включая сенсорные сигналы, такие как свет, вкус и запах, а также на гормоны и нейротрансмиттеры.
Новые изображения с разрешением, близким к атомному, дают невероятно подробный взгляд на то, как эти важные рецепторы связываются и передают сигналы от пептидных гормонов.
Команда выяснила, как гормон GLP-1 (глюкагоноподобный пептид-1) связывается со своим рецептором за пределами клетки и как это вызывает изменения в расположении части, распространяющейся в клетку, которая затем взаимодействует и активирует белок G.
GLP-1 играет важную роль в регулировании секреции инсулина, углеводного обмена и аппетита. Он связывается с семейством B рецепторов, связанных с G-белком, хотя информация об их точных взаимодействиях до сих пор была ограничена из-за отсутствия изображений комплекса в действии.
«Трудно переоценить важность рецепторов, связанных с G-белком», — сказал Георгиос Скиниотис, исследователь из Института естественных наук и медицинской школы UM и старший автор исследования. "GPCR нацелены на примерно половину всех лекарств, и получение таких структур с помощью криоэлектронной микроскопии будет иметь решающее значение для дальнейших усилий по поиску лекарств. Рецептор GLP-1 является важной лекарственной мишенью для лечения диабета 2 типа и ожирения."
Размер и хрупкость комплексов GPCR делают их чрезвычайно трудными для захвата с использованием давнего золотого стандарта визуализации: рентгеновской кристаллографии.
Брайану Кобилка, профессору молекулярной и клеточной физиологии Медицинской школы Стэнфордского университета и старшему сотруднику этой статьи, потребовалось много лет, чтобы получить первую работу, что привело к Нобелевской премии для Кобилки в 2012 году.
Текущее исследование было выполнено с использованием криоэлектронной микроскопии или крио-ЭМ. Крио-ЭМ — это развивающаяся передовая технология визуализации, которая включает в себя замораживание белков в тонком слое раствора и последующее отражение от них электронов для выявления их формы.
Поскольку замороженные белки ориентированы в разные стороны, компьютерное программное обеспечение может позже объединить тысячи отдельных снимков в трехмерное изображение с разрешением, близким к атомному.
Достижения в области крио-ЭМ теперь позволяют захватывать белковые комплексы с разрешением, аналогичным разрешению рентгеновской кристаллографии, без необходимости превращать белки в аккуратные упорядоченные кристаллы, что ограничивает разнообразие возможных конфигураций и взаимодействий.
«Используя крио-ЭМ, мы также можем получить больше информации о том, как GPCR изгибаются и перемещаются», — сказал Ян Чжан, научный сотрудник лаборатории Скиниотиса и соавтор статьи. "И мы можем наблюдать функциональные изменения в комплексах, которые трудно, если не невозможно, кристаллизовать."