2012年榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的是兩位美國(guó)科學(xué)家：羅伯特·萊夫科維茨（Robert J. Lefkowitz）和布萊恩·科比爾卡（Brian K. Kobilka）,，他們因“G蛋白偶聯(lián)受體”研究領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)而獲獎(jiǎng),。
其中Brian K. Kobilka現(xiàn)任斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授，美國(guó)科學(xué)院院士,，2012年受聘清華大學(xué)“客座教授”,，目前已完成在清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室的建立，并已開(kāi)始指導(dǎo)博士生和博士后,。這位學(xué)者近期與瑞士科學(xué)家合作,，在11月份美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）上發(fā)表了題為“Cholesterol increases kinetic, energetic, and mechanical stability of the human β2-adrenergic receptor”的文章，介紹了對(duì)于G蛋白偶聯(lián)受體來(lái)說(shuō),，膽固醇會(huì)造成什么影響,。
膽固醇是真核細(xì)胞膜的一個(gè)必要組成部分，能功能性調(diào)節(jié)膜蛋白,，比如G蛋白偶聯(lián)受體,，然而目前對(duì)于這一具體的調(diào)控過(guò)程，科學(xué)家們了解的還并不是十分清楚,。
為了解析膽固醇如何調(diào)節(jié)G蛋白偶聯(lián)受體的過(guò)程,，在這篇文章中,，研究人員采用了動(dòng)態(tài)原子力單分子力譜技術(shù)（dynamic single-molecule force spectroscopy），量化分析了在有或者沒(méi)有膽固醇類似物：琥珀酸膽固醇酯（cholesteryl hemisuccinate,，CHS）的前提下,，人β2 腎上腺素受體（β2AR）的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性，構(gòu)象變化,，以及穩(wěn)定維持受體的結(jié)構(gòu)片段的動(dòng)態(tài)活性,。
研究發(fā)現(xiàn)，CHS能極大增強(qiáng)幾乎每一個(gè)結(jié)構(gòu)部分的動(dòng)能和機(jī)械穩(wěn)定性,，這種增強(qiáng)足以改變β2AR的結(jié)構(gòu)和功能,，不過(guò)有一個(gè)例外，那就是β2AR的結(jié)構(gòu)核心部分,，這一部分有多個(gè)配體結(jié)合位點(diǎn),，其特性沒(méi)有收到CHS的顯著影響。
Kobilka教授發(fā)表過(guò)多篇關(guān)于G蛋白偶聯(lián)受體的研究成果,，比如今年其研究組一連公布了三篇論文,，報(bào)道了G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)作用復(fù)合物的詳細(xì)晶體結(jié)構(gòu)，被稱為是一項(xiàng)真正具有突破意義的成果,。
研究人員利用X線晶體成像技術(shù)(X-ray crystallographic)對(duì)與G蛋白偶聯(lián)的β2腎上腺素能受體復(fù)合物進(jìn)行了研究,，據(jù)報(bào)道，G蛋白是一種由三個(gè)不同亞單位組成的蛋白,，它很容易與GPCR蛋白分開(kāi),，并且解離成三個(gè)獨(dú)立的亞單位，而且這個(gè)復(fù)合物的大小大約是β2腎上腺素能受體蛋白的2倍,。如果要拿到β2腎上腺素能受體蛋白——G蛋白復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)首先就得開(kāi)發(fā)出純化該復(fù)合物并且讓它穩(wěn)定存在的新技術(shù),，比如讓復(fù)合物與抗體結(jié)合，或者對(duì)數(shù)千種不同的結(jié)晶條件進(jìn)行系列實(shí)驗(yàn)等等,。
由于GPCR屬于膜蛋白——穿插細(xì)胞膜多達(dá)7次,，而且構(gòu)象形態(tài)多，因此其結(jié)構(gòu)生物學(xué)分析不容易開(kāi)展,，而這篇文章完成了GPCR跨膜信號(hào)作用復(fù)合物的X-射線晶體結(jié)構(gòu),，實(shí)現(xiàn)了許多人未能完成的任務(wù)，正如密蘇里州大學(xué)的Stephen Sprang所說(shuō)的那樣：這是一篇真正具有突破意義的文章,，多年以來(lái),，我們這行里的人都在夢(mèng)想得到這個(gè)結(jié)構(gòu)圖，因?yàn)樗罱K會(huì)告訴我們GPCR受體是如何發(fā)揮作用的,。(生物谷Bioon.com)
doi: 10.1073/pnas.1210373109
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PMID:
Cholesterol increases kinetic, energetic, and mechanical stability of the human β2-adrenergic receptor
Michael Zochera, Cheng Zhangb, Søren G. F. Rasmussenb, Brian K. Kobilkab,1, and Daniel J. Müllera,1
The steroid cholesterol is an essential component of eukaryotic membranes, and it functionally modulates membrane proteins, including G protein-coupled receptors. To reveal insight into how cholesterol modulates G protein-coupled receptors, we have used dynamic single-molecule force spectroscopy to quantify the mechanical strength and flexibility, conformational variability, and kinetic and energetic stability of structural segments stabilizing the human β2-adrenergic receptor (β2AR) in the absence and presence of the cholesterol analog cholesteryl hemisuccinate (CHS). CHS considerably increased the kinetic, energetic, and mechanical stability of almost every structural segment at sufficient magnitude to alter the structure and functional relationship of β2AR. One exception was the structural core segment of β2AR, which establishes multiple ligand binding sites, and its properties were not significantly influenced by CHS.
