科學家闡明生物有機體中刺激作用傳輸?shù)姆肿訖C制

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

當我們看到一個物體，那么看到物體這個過程是如何發(fā)生的呢？即來自物體反射的光進入我們的眼睛，隨后神經(jīng)細胞會將信號傳輸?shù)酱竽X，大腦就會該物體的成像進行解釋；信號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)膜細胞中，當光一進入眼睛中該蛋白質(zhì)就會被激活。

視紫質(zhì)可以扮演一種分子開關，一旦開啟就會將信號傳輸?shù)郊毎械腉蛋白，zui后就會級聯(lián)放大信號并且對信號進行傳遞；許多對兒G蛋白及其偶聯(lián)的受體都會以相同的方式來發(fā)揮功能，比如肌肉細胞中的腎上腺素受體其就可以在機體釋放腎上腺素的情況下被激活。科學家們花費了大量的時間致力于研究G蛋白和其相應受體（G蛋白偶聯(lián)受體GPCRs）之間的相互作用；，科學家因發(fā)現(xiàn)G蛋白的受體及其偶聯(lián)機制分別獲得了1994和2012年的諾貝爾生理學及醫(yī)學獎，截止到目前研究者并不清楚G蛋白被激活的分子機制，本文研究中科學家們就揭示了在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蛋白的每一個氨基酸進行了替換，隨后他們測定了氨基酸的交換對于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個氨基酸對于激活G蛋白非常關鍵，因此毫無疑問，通過交換組成G蛋白的特殊氨基酸對于激活該蛋白的表達具有明顯的影響，同時交換其它氨基酸卻對該蛋白沒有任何影響；隨后研究者檢測了必要的氨基酸對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)下的雙螺旋結構；當關鍵的氨基酸被開啟后G蛋白的雙螺旋結構就會缺乏扭曲，這或許就可以幫助闡明雙螺旋結構為何會在G蛋白激活的過程中短暫地消失。

本文研究的結果并不限于單一的蛋白質(zhì)，這種新發(fā)現(xiàn)的機制是普遍存在的，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G蛋白激活非常重要的氨基酸序列，這對于后期開發(fā)通過激活GPCR受體及相關G蛋白的新型藥物來治療相關的疾病提供了一定幫助，該研究對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；本文研究對于研究其它重要的蛋白質(zhì)幫助理解蛋白質(zhì)的激活機制提供了新的思路和幫助。