GPCRs:它们如何工作,我们如何研究它们?

通过各种Addgenies

这篇文章是由阿莉莎Cecchetelli安德鲁·亨普斯特德

除了是五种感官之一之外,嗅觉、味觉和视觉还有什么共同之处呢?GPCRs或g蛋白偶联受体(GPCRs)!除了这三种感觉外,GPCRs还在炎症和神经传递中起着启动信号通路的作用。这些受体可以被一系列不同的配体激活,包括激素、神经递质、光子或气味,从而引发下游信号级联。

让我们把“g蛋白偶联受体”分解成两部分:受体本身和与之相关联的g蛋白。

  • 受体GPCRs也被称为7 -(pass)-跨膜结构域受体,因为它有7个alpha螺旋横贯细胞膜。受体识别适当的配体来激活G蛋白。据估计,大约有950种不同的人类基因编码GPCRs (武田等人,2002年)。
  • G蛋白质:该受体与细胞膜胞内侧异三聚体G蛋白偶联。异三聚体G蛋白是信号转导通路中重要的分子开关,由三个亚基组成的三聚体:α (Gα)、β (Gβ)和γ (Gγ)。G蛋白根据其Gα亚基可分为4种亚型:Gαs、Gαi/o、Gαq/11和Gα12/13。Gβ和Gγ密切相关,以Gβγ为一个单位。一般来说,GPCRs显示出与某些亚型相关联的倾向,尽管大多数能够通过一个以上的亚型发出信号。

GPCR信号是如何起作用的

当配体与GPCR的细胞外表面结合时,GPCR信号就被启动。这导致GPCR的构象变化导致Gα亚基的激活。活化的Gα交换GTP与GTP结合,导致Gα亚基从Gβγ二聚体解离。Gα和Gβγ亚基诱导或抑制胞内信号级联反应,作为对胞外刺激的响应。从GPCR中解离配体可以结合新的非活性异三聚体G蛋白复合物,随后进行另一轮信号传导。

GPCR信号示意图显示配体与受体相互作用的γ、β和α亚基如下。这些亚基在被激活时分裂,导致细胞反应


Addgene工具用于研究GPCR信号转导

那么,有了数百个GPCRs,科学家们如何解读从配体到受体到g蛋白,最后到应答的信号通路呢?让我们来看几个在Addgene上沉积质粒的例子。

  • PRESTO-TANGO:激活许多GPCRs的配体仍然是未知的。为了识别这些未知配体及其GPCR结合伙伴,布莱恩·罗斯的实验室创建了一个名为PRESTO-TANGO的开源资源(parallelreceptoromeexpression和年代屏风通过transcriptionalo输出- TANGO) (Kroeze等人,2015)。PRESTO-TANGO使用一种改良的Tango -捕获素招募试验来测量超过300个GPCRs的受体激活。在这个实验中,激动剂的结合招募-抑制- tev蛋白酶融合到受体-转录因子融合上。TEV蛋白酶将转录因子从受体中分离出来,然后激活细胞核中荧光素酶报告基因的表达。Roth实验室表明,该平台准确识别了120个已知的GPCR靶点,显示了其为未知的GPCRs发现新配体的潜力。你可以找到整个PRESTO-TANGO工具包在Addgene !
  • TRUPATH:Bryan Roth的实验室还组装了一组质粒来阐明16个非视觉异三聚体G蛋白中14个的作用,这些蛋白可以在GPCRs下游被激活。这个集合,称为TRUPATH,允许研究人员识别特定的G蛋白激活配体结合GPCRs感兴趣。TRUPATH质粒试剂盒由20个质粒组成,编码异三聚体G蛋白复合物的14个α、2个β和4个γ亚单位,可以通过生物发光共振能量转移2 (BRET2)检测G蛋白激活。查看我们的博客帖子GPCR信号通过TRUPATH有关此系统的更多信息!
  • GPCR-APEX:有兴趣追踪GPCRs介导的下游信号通路吗?的克鲁斯实验室构造质粒可以用于过氧化物酶催化接近标签定量测量GPCR激动剂的反应在活的有机体内(Paek等人,2017年)。在这种技术中,与APEX2融合的受体催化GPCR附近蛋白的生物素化。利用这种被称为“GPCR-APEX”的技术,Kruse实验室能够追踪两种不同受体的激活和内化——血管紧张素II型1受体和β2肾上腺素受体。

在chemogenetics GPCRs

虽然关于GPCR信号还有很多需要了解的地方,但研究人员同时已经开发了用于化学发生研究的GPCRs,以探索神经元和特定行为之间的关系。Chemogenetics利用基因工程受体与小分子相互作用,以引起某种细胞类型的反应。化学遗传学与光遗传学相似但与光不同的是,这些基因修饰的受体被小分子激活,以激活或抑制神经元放电。GPCRs是大脑中最大的一类信号转导受体,是化学遗传学研究的理想对象。

为了创建化学遗传学受体,GPCRs首先通过定点突变与非自然配体结合。然而,这些非天然配体表现出了脱靶效应,因此科学家们进一步修改了一些GPCRs,以对特定的、药理惰性的小分子作出反应。这些新的受体被称为D的结果ReceptorExclusively一个ctivated由D的结果D地毯(DREADDs) (罗斯,2016)。dreadd是由人类毒理学受体家族成员设计的,可以被小分子配体(如氯氮平- n -氧化物(CNO))激活。dreadd对于化学遗传学来说是理想的,因为它们对内源性配体乙酰胆碱相对不敏感,并且只有在与CNO结合时才被激活,因此没有构成活性。有一系列的dreadd可以激活不同的G蛋白,在不同的神经元和神经胶质细胞中起作用,对神经元活动有不同的影响(激发或抑制)。AAV预备来自DREADD质粒的DREADD受体可以很容易地表达大脑中特定神经元亚型的DREADD受体,该亚型可以激活或抑制神经元。你可以找到更多关于化学遗传学的信息和dreadd及其在Addgene 's神经元中的活动的简明表chemogenetics指南

在Addgene找到化学遗传学质粒和资源!


引用和资源

参考文献

Kroeze WK, Sassano MF, Huang X-P, Lansu K, McCorvy JD, Giguère PM, Sciaky N, Roth BL (2015) preto - tango作为可用药人体GPCRome的开源资源。Nat Struct Mol Biol 22:362-369。https://doi.org/10.1038/nsmb.3014

Paek J, Kalocsay M, Staus DP, Wingler L, pascoluti R, Paulo JA, Gygi SP, Kruse AC(2017)基于过氧化物酶催化邻近标记的GPCR信号多向跟踪。细胞169:338 - 349。e11。https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.03.028

Roth BL (2016) dreadd for Neuroscientists。神经元89:683 - 694。https://doi.org/10.1016/j.neuron.2016.01.040

Takeda S, Kadowaki S, Haga T, Takaesu H, Mitaku S (2002) G蛋白偶联受体基因的鉴定。FEBS Letters 520:97-101。https://doi.org/10.1016/s0014 - 5793 (02) 02775 - 8

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主题:Chemogenetics,神经科学

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