Исследователи из Мичиганского университета, Стэнфордского университета и биотехнологической компании ConfometRx сделали первые снимки криоэлектронной микроскопии ключевого клеточного рецептора в действии.
Выводы, которые были опубликованы онлайн 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.
G-белковые рецепторы, часто называемые GPCR, находятся в мембране клеток, где они обнаруживают сигналы снаружи клетки и передают их внутрь для воздействия. 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 атомарному, дают невероятно подробный взгляд на то, как эти важные рецепторы связываются с пептидными гормонами и передают сигналы от них.
Команда показала, как гормон GLP-1 (глюкагоноподобный пептид-1) связывается со своим рецептором снаружи клетки и как это вызывает изменения в расположении части, проникающей внутрь клетки, что затем задействует и активирует белок G.
GLP-1 играет важную роль в регуляции секреции инсулина, углеводного обмена и аппетита. Он связывается с семейством B рецепторов, связанных с G-белком, хотя информация об их точном взаимодействии до сих пор была ограничена отсутствием изображений комплекса в действии.
«Трудно переоценить важность рецепторов, связанных с G-белком», - сказал Георгиос Скиниотис, исследователь из Института наук о жизни и Медицинской школы Университета штата Массачусетс и старший автор исследования.«На GPCR нацелена примерно половина всех лекарств, и получение таких структур с помощью криоэлектронной микроскопии будет иметь решающее значение для дальнейших усилий по открытию лекарств. Рецептор GLP-1 является важной мишенью для лекарств при диабете 2 типа и ожирении».
Из-за размера и хрупкости комплексов GPCR их очень трудно зафиксировать с помощью давнего золотого стандарта визуализации: рентгеновской кристаллографии. Брайану Кобилке, профессору молекулярной и клеточной физиологии в Медицинской школе Стэнфордского университета и старшему сотруднику, понадобилось много лет, чтобы получить первую, что привело к Нобелевской премии за Кобилку в 2012 году.
Текущее исследование было проведено с использованием криоэлектронной микроскопии или крио-ЭМ. Крио-ЭМ - это развивающаяся передовая технология визуализации, которая включает в себя замораживание белков в тонком слое раствора, а затем отражение от них электронов для выявления их формы. Поскольку замороженные белки ориентированы во всех направлениях, компьютерное программное обеспечение позже может 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 рентгеновской кристаллографии, без необходимости превращать белки в аккуратные, упорядоченные кристаллы, что ограничивает разнообразие возможных схем и взаимодействий..
«Используя крио-ЭМ, мы также можем получить больше информации о том, как GPCR изгибаются и двигаются», - сказал Ян Чжан, научный сотрудник лаборатории Скиниотиса и соавтор статьи. «И мы можем наблюдать функциональные изменения в комплексах, которые трудно, если вообще возможно, кристаллизовать».