《Cell》文章破解重要药物靶点谜团
Salk生物研究所开发出了一种新方法来阐析蛋白质之间的相互作用机制，有可能帮助设计出针对糖尿病和骨质疏松症等疾病的新药。通过利用人造氨基酸重新构建蛋白质，Salk生物研究所的科学家们确定了一个细胞开关及其配体的详细分子结构。这一开关：1型促肾上腺皮质激素释放因子受体(corticotrophin releasing factor type 1,CRF1R)属于一类众所周知难以确定结构的细胞受体。这些受体调控了全身的一些生理过程，且与许多疾病有关联。
领导这一研究的是Salk生物研究所Jack H. Skirball化学生物学和蛋白质组学中心副教授、Frederick B. Rentschler发育教授王磊(Lei Wang)。王磊说：“只有当你知道配体与受体结合的机制时，你才能设计出靶向这些过程的药物。”他和他的研究小组在发表于11月27日《细胞》(Cell)杂志上的一篇论文中详细描述了这一新结构和方法。
(Salk生物研究所王磊)
通常情况下，研究人员是通过结晶蛋白并测量记录X射线打到晶体上产生的衍射数据，来确定一个蛋白质分子中的原子三维排列。然而Salk科学家研究的受体类型：B类G蛋白偶联受体(GPCRs)却很难结晶，因为它们只有在嵌入到细胞膜中时才是稳定的。因此，一直无法获得它们的完整结构图片，更别提受体与它的结合配体结合的结构。
王磊研究组转而利用一种新方法，尝试去弄清楚CRF1R结合口袋(配体附着区域)的样子。利用遗传工程技术，科学家们将一种独特的新氨基酸添加到了CRF1R从头到尾的一些位点上。
王磊研究组博士后研究人员Irene Coin说：“当你将光线照在这一人造氨基酸时，它会抓取附近的分子。它就像一个粘手(sticky hand)。
当将人造氨基酸Azi添加到CFR1R配体连接受体的位点上时，这一粘手抓住了称之为urocortin-1的配体分子，让它结合到受体上。如果 Azi整合到了urocortin-1不结合的位点，它就抓不到任何东西。通过检测CFR1R和urocortin-1的连接是否可逆，研究人员就知道 Azi是整合到了结合口袋部分还是没有。
在整个CFR1R分子中重复这一技术，揭示出了这一受体的结合口袋是由至少35个氨基酸构成。但却没有提供给研究人员他们想得到的完整互作图片。
王磊说：“第一个粘手探针给予了我们关于结合口袋形状的信息。但我们仍不知道配体在口袋内的定向。”
因此他们利用了比受体中的“粘手”更具选择性的第2探针。这次，这一探针只捕获一种特殊氨基酸——半胱氨酸。“我们沿着配体插入一些半胱氨酸，想弄清楚受体的哪部分与配体的精确位点靠近，”王磊说。通过一百多种不同的组合，他们获得了一个完美的匹配：将受体中的人造氨基酸与urocortin-1中的半胱氨酸排列成行。
Coin 说：“我们发现，配体定位在受体的结合口袋中，就像一个极高个的人待在一个浴盆里。配体的一端像头一样伸出，另一端则像脚一样晃来晃去。”
王磊说：“根据以往的数据这种形状是有意义的。因为我们已经知道，可以将大量的分子添加到配体的脚上，它不会影响受体-配体互作。”
当科学家们了解到配体的哪些氨基酸与受体的哪些氨基酸相互作用时，他们可以开始设计出一些方法，例如构建出一些附着受体的新分子，来阻断受体和配体之间互作。因此王磊将这一新的结构，以及确定它的这种新方法，视作是朝着设计出靶向B类GPCRs的药物迈出的重要一步。
王磊说：“这种方法的优点在于，它是一种绘制其他结合口袋与蛋白质互作图谱的通用方法。且它的应用并不仅限于GPCRs。”
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