Science：G蛋白偶联受体信号转导机制

近日美国北卡罗来纳州大学布尔希尔医学院的科学家们称他们发现了G蛋白-PLC复合物的精密分子结构，并揭示了这条信号途径的机制。研究论文发表在世界知名的《科学》（Science）杂志上。

目前经美国食品与药品管理局（FDA）批准的一半以上的药物都是直接或间接靶向G蛋白偶联受体。G蛋白偶联受体是一种细胞表面受体，能将细胞外的分子信号传递至细胞内激起细胞反应，对多种细胞行为包括细胞生长、肌肉收缩血小板凝集、视力及嗅觉起调控作用。许多G蛋白偶联受体信号转导都有G蛋白Gq和磷脂酶C（PLC）参与将信号传递至细胞。然而直到现在科学家们对这条信号途径的机制仍然了解甚少。

“我们认为要真正了解这个信号复合物的作用机制，必须从原子水平对它进行研究，”资深研究员、北卡罗来纳州大学药理学系教授Kendall  Harden博士说道：“经过15年的科研努力终于获得这一了不起的发现。”

多年来，研究小组一直试图了解Gq蛋白是如何与PLC结合的。首先他们需要解决的主要困难就是必须获得高度纯化的蛋白质才能进行原子结构分析。经过反复试验调整溶液的PH值、盐及其他多个变量，研究人员获得了高纯度的蛋白质合成晶体并对其进行成像分析。科学家们利用自动化仪器对化学反应条件进行细微地调整，合成了数千种体积均小于针头的晶体，并用自动化成像系统捕获了每次的反应。

论文的第一作者Gary  Waldo说经过成千上万次的成像分析他才找到一个显示PLC与Gq结合的晶体结构。同时他发现PLC分子结构发生了部分缺失，这使得PLC能够正确与它的配体结合。

研究小组进而合成了同样不完整结构的PLC。“结构不完整的PLC与G蛋白结合在一起，并在过夜后形成了结晶，”北卡罗来纳大学药理学、生物化学和生物物理学系教授、资深研究员John  Sondek说道。

在获得晶体结构后，研究人员尝试改变复合物的部分结构以确定它们发生相互作用及传递信号的机制。研究人员证实PLC分子通过三个不同的区域与G蛋白发生相互作用。

为了更好地了解这种相互作用的重要性，研究人员对PLC分子引入了一个小的突变，这一突变被假定为对关闭细胞膜上的这一信号是非常重要的。“研究人员在果蝇的眼睛中表达突变的PLC，发现果蝇的眼睛无法看到光线，证明信号不能被激活。”Sondek说。

研究小组计划在小鼠和其他的动物中进一步开展分子研究。“新发现帮助我们了解到G蛋白与PLC是如何结合在一起调整细胞的增殖，以及分子的遗传突变是如何导致癌症。”Harden说：“此外，我们的发现将有助于科学家进一步了解这一信号复合物与其他分子的相互作用机制，并开发出可影响这些相互作用的化合物。”