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他们窥见甲状旁腺激素受体的“黑洞” 为骨质疏
时间:2019-04-14 06:14来源:网络整理 作者:www.jney51.com 点击:
新民晚报讯(见习记者郜阳)给宝宝拍张照,是让无数妈妈头疼的事。活泼的宝宝无时不刻都在动,就是不肯好好面

新民晚报讯(见习记者 郜阳)给宝宝拍张照,是让无数妈妈头疼的事。活泼的宝宝无时不刻都在动,就是不肯好好面对镜头。给体内的蛋白拍张照又何尝不是这样呢?可中国科学家却再次为G蛋白偶联受体家族的重要成员拍了张高清照。

由中国科学院上海药物研究所徐华强团队、王明伟团队,浙江大学基础医学院张岩团队以及美国匹兹堡大学医学院团队组成联合研究团队,应用冷冻电镜技术精准解析了1型人源甲状旁腺激素受体与Gs蛋白复合物的三维结构,揭示了其长效激活状态下的分子动力学机制,为创制治疗骨质疏松症、甲状旁腺功能减退症和恶病质等疾病的新药奠定了基础。

他们窥见甲状旁腺激素受体的“黑洞” 为骨质疏

图说:研究团队成员 郜阳 摄

都知道甲状腺对人体至关重要,可甲状旁腺又承担了什么作用呢?中科院上海药物所研究员王明伟介绍,人体有两对甲状旁腺,长相类似豌豆,主要功能是分泌甲状旁腺激素(PTH),调节机体内钙、磷的代谢。“甲状旁腺的研究历史可以追溯到上世纪20年代。在2014年,科学家发现了肿瘤衍生的人甲状旁腺激素相关蛋白能引发脂肪组织褐变和肿瘤恶病质。”王明伟说。

甲状旁腺功能若出了问题,会产生什么后果?这就不得不提到全球有2亿患者、在中国50岁以上人群中患病率达19.2%的骨质疏松症了。甲状旁腺激素的分泌主要受血钙的调节。血钙少了,甲状旁腺激素分泌并作用于成骨细胞和破骨细胞,促使吸收骨中的钙,将它释放入血。当血钙多时,则抑制甲状旁腺激素分泌。“如果甲状旁腺过于‘活跃’,骨的钙被过分吸收,就会导致骨质疏松。”不仅如此,甲状旁腺激素还与甲状旁腺功能减退症、肿瘤恶病质息息相关。

研究表明,甲状旁腺激素与在骨细胞和肾脏细胞中高表达的B类(GPCR)家族成员PTH1R特异性结合后可调节体内的钙磷代谢。G蛋白偶联受体(GPCR)是一大类膜蛋白受体的统称,也是近几年来科学家们的“宠儿”。B类G蛋白偶联受体属于该“家族”中的分泌素“分支”,包括15种不同类型的受体,其在体内的天然配体为多肽类激素。B类家族成员在体内发挥着重要作用,一旦其功能失调会导致多种疾病的发生,因此它们也是临床治疗的重要靶标。“PTH1R 是公认的骨质疏松症治疗靶点,目前已有相关药物应用于临床。”王明伟介绍。

上述四个团队的科学家和研究生在徐华强和王明伟的分工协调下密切合作, 先后突破了受体表达量低、蛋白稳定性差和复合物形成难等技术瓶颈,获得了长效配体LA-PTH与PTH1R及Gs蛋白结合的复合物,并解析了其三维结构。据介绍,配体系指对受体具有识别能力并能与之结合的物质,两者的关系颇像钥匙与锁。

“我主要承担了蛋白纯化和前期优化筛选等工作。”中科院上海药物所博士研究生马山山告诉记者,“曾经一度蛋白表达量很低,在我们引入了一种纯化融合表达标签后才得以解决。”不仅如此,不稳定的复合物也成为团队前进道路上的“拦路虎”。“我们后来使用的LA-PTH配体更长效、半衰期也更长、亲和力更高,在电镜时不容易解离。”

他们窥见甲状旁腺激素受体的“黑洞” 为骨质疏

来源/东方IC

在此次研究中,团队还用到了获得2017年诺贝尔化学奖的冷冻电子显微镜技术,这一技术让科学家能够便捷地为生物大分子拍下“高清照片”。正是由于复合物结构的高分辨率,相关科学家还意外发现了许多有序排列的脂质和胆固醇分子围绕在受体跨膜区,这种现象或具有稳定受体构象的效应。“很多人会问,既然是‘拍照’,为什么会称揭示了长效激活状态下的分子动力学机制。”浙江大学基础医学院张岩研究员解释,“我们是将蛋白以数百万量计的分子进行冷冻,让它们呈现出了不同状态,再将其组合分类。”张岩把自己承担的工作比作是解析结构的“临门一脚”,虽说以前用传统电镜解析的密度图也能作分析,但无法达到原子层面。这一次更新了技术后,分辨率有了质的提升,团队也因此观察到了B类GPCR激活的动态过程。

在研究过程中,团队还有意外收获。既往的研究推测内源性配体通过“两步走”结合并激活B类GPCR——具有强亲和力的配体羧基端首先结合受体的胞外结构域,随后配体的氨基端插入跨膜结构域的疏水口袋。然而,人们对配体如何从受体上解离却知之甚少。团队发现甲状旁腺激素既能快速激活其受体又可迅速解离,于是借助长效激动剂延长了其在受体上的停留时间,随后通过精巧细致的三维分类技术捕捉到了配体从受体上解离的过程。

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