研究人員對(duì)一項(xiàng)令人滿意的結(jié)論進(jìn)行了長期探索，研究了血管緊張素II1型受體的活性狀態(tài)結(jié)構(gòu)，該受體是廣泛處方藥物調(diào)節(jié)血壓和腎功能的靶點(diǎn)。

該研究于1月10日在線發(fā)表于Cell，由哈佛醫(yī)學(xué)院Blavatnik研究所的研究人員和杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的同事進(jìn)行。

當(dāng)激素血管緊張素附著于該受體時(shí)，它會(huì)使血管收縮以升高血壓并刺激腎上腺以保留腎臟中的鹽。據(jù)估計(jì)，美國有5%的成年人服用血管緊張素II受體阻滯劑來降低血壓，治療心力衰竭或預(yù)防腎功能衰竭或中風(fēng)。

盡管受體在體內(nèi)具有關(guān)鍵作用，并且作為藥物目標(biāo)受到歡迎，但研究人員仍在努力回答這個(gè)問題：它是如何激活的?

“數(shù)百萬人服用能夠改變這種受體的藥物，并且已經(jīng)進(jìn)行了徹底的研究，但由于技術(shù)的限制，人們無法看到它打開時(shí)的樣子，”生物化學(xué)副教授Andrew Kruse說。 HMS的分子藥理學(xué)和杜克大學(xué)的Robert Lefkowitz的論文的共同高級(jí)作者。

“我們的研究提供了一個(gè)框架，用于解釋多年來收集的關(guān)于受體功能的大量數(shù)據(jù)，幫助將不同的部分轉(zhuǎn)化為單一的連貫?zāi)Ｐ停?rdquo;Kruse說。

這些新發(fā)現(xiàn)還提供了關(guān)于如何開發(fā)可以高度控制的方式激活而不是阻斷血管緊張素II受體或其他受體的藥物的線索。

扭動(dòng)和喊叫

與嵌入細(xì)胞膜中的許多蛋白質(zhì)一樣，血管緊張素II受體根據(jù)其是否無活性或與一種蛋白質(zhì)相互作用而扭曲成不同的形狀。

想要研究特定形狀或構(gòu)象的受體的研究人員經(jīng)常試圖產(chǎn)生具有互補(bǔ)形狀的抗體，該抗體仍能保持受體。然后他們可以將其結(jié)晶，用X射線轟擊它并將得到的圖像轉(zhuǎn)換成3D原子結(jié)構(gòu)。

Lefkowitz的小組嘗試了標(biāo)準(zhǔn)策略 - 接種美洲駝以刺激其免疫系統(tǒng)產(chǎn)生所需的抗體 - 但每次嘗試都被證明是不成功的。

“受體會(huì)在所有這些不同構(gòu)象之間翻轉(zhuǎn)，”Lefkowitz說。“我們嘗試了至少六年的時(shí)間來開發(fā)一種可以穩(wěn)定它的抗體，而且我們每次都失敗了。”

由Kruse實(shí)驗(yàn)室在2018年開發(fā)的工具提供了關(guān)鍵。研究人員使用酵母代替美洲駝，生成了一個(gè)由5億個(gè)人工納米抗體(小抗體)組成的庫，以幫助結(jié)構(gòu)生物學(xué)家。

其中一個(gè)納米體完全符合Lefkowitz的需要。

“安德魯?shù)男录夹g(shù)，加上大量艱苦的合作努力，終于使之成為可能，”他說。

“這是一個(gè)良好合作的例子，我們每個(gè)人都提供了獨(dú)特的東西，”Kruse同意道。“我們提供了我們的納米抗體庫以及結(jié)晶G蛋白偶聯(lián)受體(如血管緊張素II受體)的專業(yè)知識(shí)，而Lefkowitz實(shí)驗(yàn)室則在受體生物化學(xué)和藥理學(xué)方面發(fā)揮了優(yōu)勢(shì)。”

Kruse實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員，該論文的共同第一作者Conor McMahon，以及Lefkowitz實(shí)驗(yàn)室的Laura Wingler和Dean Staus補(bǔ)充說：“這證明了我們的納米人庫的實(shí)用性，看到它特別令人興奮在美洲駝免疫接種不成功的情況下取得成功。“

細(xì)節(jié)透露

捕獲受體錯(cuò)綜復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)揭示了它如何與血管緊張素結(jié)合，細(xì)胞外部受體部分的變化如何觸發(fā)細(xì)胞內(nèi)部的變化等等。

“與我們之前見過的相比，許多構(gòu)象變化都是獨(dú)一無二的，”克魯斯說。

Kruse和團(tuán)隊(duì)也希望這項(xiàng)研究有助于提供一條回答有關(guān)神秘現(xiàn)象的問題的途徑，這種神秘現(xiàn)象被稱為偏倚激動(dòng)，其中一種與受體結(jié)合的蛋白質(zhì)優(yōu)先激活一種途徑，而不是同等激活兩種或多種途徑。

該研究得到了美國國立衛(wèi)生研究院(授予R01HL16037和5DP5OD021345)，杜克大學(xué)曼德爾高血壓和動(dòng)脈粥樣硬化中心，Vallee基金會(huì)和史密斯家庭基金會(huì)的支持。Lefkowitz是霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的調(diào)查員。

Lefkowitz是Trevena，Inc。的創(chuàng)始人和股東，也是Lexicon Pharmaceuticals的董事。Kruse是Ab Initio Biotherapeutics，Inc。的創(chuàng)始人。