GPCR

GPCR sono i trasmettitori di segnali all'interno delle celle, permettendo le celle di vari organi e i sistemi del corpo comunicano con l'un l'altro e ricevono informazioni sull'ambiente. Ci sono circa 800 GPCR diversi, che sono situati nelle membrane di celle umane e riconoscono una gamma larga di simulatori extracellular che includono ioni, gli ormoni, neurotransmitters, peptides, eccetera. Gli esempi di molecole ben note per cui i recettori rispondono sono epinephrine, serotonin, dopamine, istamina, caffeina, opioids, cannabinoids, chemokines e molti altri. I recettori trasmettono segnali per l'attivazione di proteine GTP-obbligatorie (le G-proteine), che a sua volta provocano la catena complessa intracellulare di reazioni che conducono a risposte cellulari e fisiologiche certe. Possiamo trovarlo nei farmaci: Cerebrolysin, Cortexin e in Complesso Peptide per sistema immunitario.

I processi di GPCR-controllati, ci dia l'opportunità di vedere e sentire gli odori, reagire a pericolo, avere il dolore o l'euforia di tatto, mantenere la pressione del sangue e regolare il tasso cardiaco, cioè, tutto che è necessario per il funzionamento del corpo. I processi qualche volta di segnalazione sono rotti, conducendo a malattia numerosa e spesso grave. Molte malattie possono esser guarite, ma funzionando su farmaci di recettori. In effetti, circa la metà di tutti i farmaci moderni puntati a recettori ha frequentato G-proteine. Così, la ricerca puntata a determinazione della struttura di recettori GPCR e meccanismi di segnalazione deve permettere una migliore comprensione delle cause di molte malattie, così come dare l'impulso allo sviluppo di farmaci più efficaci con effetti collaterali minimi.

La storia di ricerca GPCR ha più di 100 anni. Il recettore, che risponde alla luce - rhodopsin - fu, per esempio, scoperto e isolato nel 1870 dallo scienziato tedesco Wilhelm Kühne. Prima del primo 70-ies di XX secolo, si seppe che le celle muscolari possono attivare o inibire gli effetti da molecole certe. La parte del meccanismo di reazioni intracellulari, anche, è stata conosciuta, e è stato chiaro che le molecole, stimolando le celle non penetrano nelle celle. Così, è stato postulato l'esistenza di una sostanza di recettore che reagisce a molecole extracellular e manda un segnale nella cella.

La ricerca di questa sostanza inafferrabile e il recettore ha assunto Robert Lefkovitz che usa l'adrenalina (un ormone le celle stimolanti) con un costruito un isotopo radioattivo d'iodio. Questi studi decidono che alcuna proteina di adrenalina lega con una superficie di cella o un recettore. Il fatto che il segnale è trasmesso all'interno della cella da attivazione di G-proteine, fu a quest'ora già Rodbell scoperto e Gillmanom (per quello che i due scienziati vinsero il Premio Nobel per Medicina nel 1994). Così, le proteine che rispondono a stimoli extracellular sono state il recettore identificato coniugato con G-proteine, e parecchi di questi recettori sono stati identificati. Comunque, l'isolamento e l'identificazione delle successioni di amminoacido di GPCR sono stati un problema grande, perché tutti i recettori, ad eccezione di rhodopsin, le celle hanno prodotto in numeri molto bassi. Per la prima volta per isolare e determinare la successione del recettore adrenergico dalla beta (un recettore che risponde ad adrenalina) fallito nel 1986, del resto nel laboratorio Lefkovitz con Brian Kobilka che ha effettuato lo studio postdottorale. La clonazione ha portato una sorpresa grande: l'analisi di successione di amminoacido ha mostrato che adrenoceptor ha sette alfa transmembrane helices e è molto simile al recettore visivo rhodopsin, gli studi sulla struttura che sono stati più avanzati grazie al lavoro di parecchi laboratori, compreso scienziati dei soviet sotto la direzione di Yuri Ovchinnikov.

Questi studi hanno mostrato che i recettori con funzioni molto diverse possono essere parenti vicini, e che forse ci sono altri recettori con una struttura simile. Infatti, il genoma umano sequencing ha rivelato più di 800 geni che codificano GPCR. È diventato chiaro che la trasmissione di segnali via GPCR è un meccanismo universale di comunicazione tra le celle e le celle con l'ambiente.

Per completamente capire il meccanismo di operazione di GPCR, ebbe la conoscenza della loro struttura spaziale con risoluzione atomica. Tali strutture possono esser ottenute solo per mezzo di diffrazione a raggi richiede la coltivazione di un cristallo molto ordinato. GPCR comunque, sono stati famosi per la loro resistenza a cristallizzazione, malgrado il lavoro persistente di molti laboratori nel mondo. La prima struttura GPCR fu Palchevsky nel 2000 cristallizzò stesso rhodopsin, che è il più stabile e il meno mobile di tutto il GPCR. Prese altri 7 anni prima che la prima struttura del recettore umano che risponde ad adrenalina fu determinata.

Sono stato fortunato di partecipare a questi studi. Nel 2006 cominciai a lavorare nel laboratorio di Ray Stevens nell'Istituto di Scripps in La Jolla, che ha collaborato con Brian Kobilka in determinazione della struttura dei recettori adrenergici dalla beta. Kobilka ha lavorato in stabilizzazione adrenoceptor da ingegneria molecolare, il laboratorio di Stevens ha provato a cristallizzarlo. Alcuni mesi più tardi fui capace di cristallizzare il recettore è modificato usando un metodo di cristallizzazione speciale in fase cubica lipid con l'uso di colesterolo, che migliorai durante parecchi anni passati. La struttura della beta-adrenoceptor è stata pubblicata nella rivista Science nel 2007 e fu chiamata uno dei 10 progressi scientifici dell'anno. Durante i 5 anni passati, 15 strutture GPCR diverse furono identificate - principalmente i laboratori Kobilka e Stevens. Finalmente, nel 2011 Kobilka fu possibile fissare il complesso intero di segnalazione di cristallo tra la beta-adrenoceptor attivata e la G-proteina e determinare la sua struttura, facendolo possibile vedere il segnale vicino di trasduzione dal recettore alla G-proteina.

Così, grazie agli sforzi eroici per Lefkovitz, Kobilkz e altri scienziati durante i 40 anni scorsi, abbiamo imparato l'esistenza di una famiglia unica e varia di recettori coniugati con G-proteine, che controllano tutti i processi vitali nel corpo umano. Gli studi strutturali dei cinque anni passati hanno portato la conoscenza di strutture tridimensionali di questi recettori, questo possibile capire come extracellular ligands riconosciuto dai recettori, e com'è la trasmissione di segnali alle G-proteine. Questi che sono ideatore di lavoro hanno posato la fondazione per un'indagine più dettagliata, che nel futuro aiuterà a imparare le sfumature necessarie che distinguono questi recettori dall'un l'altro e gli permettono di in modo selettivo rispondere solo a ligands certo, una migliore comprensione dei dettagli di segnale farmaceutici i tipi diversi di ligands per determinare gli effetti possibili di recettore dimerization, gli effetti allosteric ligands, così come i dettagli di un ectopic il meccanismo di segnalazione per arresto. Tutto questo può condurre a una nuova generazione di medicina, dove i farmaci sarebbero più efficaci, cesserebbero causare effetti collaterali e saranno scelti secondo le informazioni genetiche del GPCR del paziente particolare.