1、G蛋白偶联受体第三组1/37n n 美国科学家罗伯特.勒夫科维兹(Robert J.Lefkowitz)与布莱恩K卡比尔卡(Brian K.Kobilka)因在G蛋白偶联受体方面研究取得年诺贝尔化学奖。而这是该领域取得第5次诺贝尔奖。2/37他们研究历程和结果n n罗伯特.勒夫科维兹(Robert J.Lefkowitz)于1968年采取放射现象追踪细胞受体，他将碘同位素附着于不一样激素，在放射物帮助下成功揭示了一些受体，其中包含肾上腺素受体即-肾上腺素受体。罗伯特罗伯特 .勒夫科维兹勒夫科维兹(RobertJ.Lefkowitz)(RobertJ.Lefkowitz)19431943年出生于
2、美国纽年出生于美国纽约。约。美国霍华德美国霍华德 休休斯医学研究所研究人斯医学研究所研究人员，美国杜克大学医员，美国杜克大学医学中心医学教授、生学中心医学教授、生物化学教授。物化学教授。3/37-肾上腺素受体肾上腺素受体 年，年，Kobilka与科学家与科学家Raymond C.Stevens，利用，利用T4溶菌酶融合蛋白方法解析溶菌酶融合蛋白方法解析了第一个非视紫红质了第一个非视紫红质GPCR晶体结构：人晶体结构：人beta2肾上腺素受体。他还独立地经过抗体片肾上腺素受体。他还独立地经过抗体片段介导法解析了人段介导法解析了人beta2肾上腺素受体结构。肾上腺素受体结构。4/3720世纪80年
3、代，该领域研究又有了跨越式发展布莱恩K卡比尔卡(Brian K.Kobilka)经过巧妙试验方法将-肾上腺素受体基因信息从庞大人类基因组中分离出来并成功解析了beta2肾上腺素受体结构。布莱恩布莱恩KK卡比尔卡卡比尔卡（Brian KobilkaBrian Kobilka），），斯坦福大学医学院分斯坦福大学医学院分子与细胞生理与医学子与细胞生理与医学系教授，系教授，美国国家美国国家科科学院院士科科学院院士 ，以，以GPCRsGPCRs构构生物学研究生物学研究著称著称。5/37-肾上腺素受体肾上腺素受体 LefkowitzLefkowitz科研团体将该受体从科研团体将该受体从“藏身藏身”细胞细胞
4、壁中提取出来，对其运作机制有了初步了解。壁中提取出来，对其运作机制有了初步了解。6/37其研究主要性n nGG蛋白偶联受体是人类感觉一把锁，也是连接细蛋白偶联受体是人类感觉一把锁，也是连接细胞内与细胞外信息桥梁。胞内与细胞外信息桥梁。n n年，布莱恩解析了年，布莱恩解析了22肾上腺素能受体与肾上腺素能受体与GG蛋白三蛋白三聚体复合物晶体结构，第一次在原子分辨率说明聚体复合物晶体结构，第一次在原子分辨率说明了了GPCRGPCR参加信号转导机制。参加信号转导机制。n n他们研究从根本上改变了人类对他们研究从根本上改变了人类对GPCRGPCR受体和跨受体和跨膜信号传递认识，对当代药品设计方式有主要影
5、膜信号传递认识，对当代药品设计方式有主要影响。在他们工作之后，我们响。在他们工作之后，我们GG蛋白偶联受体各种蛋白偶联受体各种各样药品作用机理研究才真正有了明确研究方向，各样药品作用机理研究才真正有了明确研究方向，变成了真正科学。变成了真正科学。7/37关于G蛋白偶联受体(Gprotein-coupledreceptor，GPCR)相关细胞结构介绍及其研究主要性阐述8/37何为G蛋白偶联受体？研究它有何意义？n nGG蛋白偶联受体是人类感觉一把锁，也是连接细胞内与细蛋白偶联受体是人类感觉一把锁，也是连接细胞内与细胞外信息桥梁。胞外信息桥梁。n n对于今年诺贝尔化学奖两位科学家所做研究，美国化学
6、会对于今年诺贝尔化学奖两位科学家所做研究，美国化学会主席巴萨姆主席巴萨姆 萨卡什里说：萨卡什里说：“这是向人类智慧一次伟大致这是向人类智慧一次伟大致敬，它帮助我们了解在人类身体中到底发生了什么复杂过敬，它帮助我们了解在人类身体中到底发生了什么复杂过程。程。”（下见）（下见）长久以来，细胞怎样感知周围环境一直是长久以来，细胞怎样感知周围环境一直是一个未解之谜。科学家已经搞清像肾上腺素这么激素所含一个未解之谜。科学家已经搞清像肾上腺素这么激素所含有强大效果：提升血压、让心跳加速。他们猜测，细胞表有强大效果：提升血压、让心跳加速。他们猜测，细胞表面可能存在一些激素受体。但在上个世纪大部分时期里，面可
7、能存在一些激素受体。但在上个世纪大部分时期里，这些激素受体实际成份及其工作原理却一直是未知数。这些激素受体实际成份及其工作原理却一直是未知数。n n 9/37GPCR （GG蛋白偶联受体，蛋白偶联受体，蛋白偶联受体，蛋白偶联受体，G-protein coupled receptorsG-protein coupled receptors）GG蛋白偶联受体蛋白偶联受体(GPCR)(GPCR)是与是与GG蛋白有信号蛋白有信号连接连接膜膜蛋白受体蛋白受体统称，统称，是迄今发觉最大受体超家族，是迄今发觉最大受体超家族，其其组员有组员有10001000多个多个 。这类受体共同点是其立体结构。这类受体共同
8、点是其立体结构中都有中都有7 7个跨膜个跨膜 螺旋螺旋，且其肽链，且其肽链C C端和连接第端和连接第5 5和和第第6 6个跨膜螺旋胞内环上都有个跨膜螺旋胞内环上都有GG蛋白（鸟苷酸结合蛋白（鸟苷酸结合蛋白）蛋白）结合位点。结合位点。功效：功效：G G G G蛋白横跨在细胞膜上，一面能够解除细蛋白横跨在细胞膜上，一面能够解除细蛋白横跨在细胞膜上，一面能够解除细蛋白横跨在细胞膜上，一面能够解除细胞外信号，另一面能够和细胞内物质发生作用，成胞外信号，另一面能够和细胞内物质发生作用，成胞外信号，另一面能够和细胞内物质发生作用，成胞外信号，另一面能够和细胞内物质发生作用，成为细胞外信息进入细胞内桥梁。为
9、细胞外信息进入细胞内桥梁。为细胞外信息进入细胞内桥梁。为细胞外信息进入细胞内桥梁。G G G G蛋白偶联受体能蛋白偶联受体能蛋白偶联受体能蛋白偶联受体能巩固探测巩固探测巩固探测巩固探测激素、气味、化学神经递质，以及其它细激素、气味、化学神经递质，以及其它细激素、气味、化学神经递质，以及其它细激素、气味、化学神经递质，以及其它细胞外信号胞外信号胞外信号胞外信号，从而将信息经过激活不一样类型，从而将信息经过激活不一样类型，从而将信息经过激活不一样类型，从而将信息经过激活不一样类型G G G G蛋白蛋白蛋白蛋白中一个，开启不一样中一个，开启不一样中一个，开启不一样中一个，开启不一样信号转导通路信号转
10、导通路信号转导通路信号转导通路并造成并造成并造成并造成各种生物各种生物各种生物各种生物效应效应效应效应。10/37G蛋白偶联受体信号传导系统基本生化结构和运作关系n nG蛋白偶联受体n nG蛋白（GTP binding proteins）11/37G蛋白偶联受体结构特征由一条多肽链组成，由一条多肽链组成，其中带有其中带有7个跨膜个跨膜螺螺旋区域。旋区域。其氨基末端朝向细胞其氨基末端朝向细胞外（有外（有4个胞外区）而个胞外区）而羧基朝向细胞内基质羧基朝向细胞内基质（有（有4个胞内区）。个胞内区）。在氨基末端带有一些在氨基末端带有一些糖基化位点，而在细胞糖基化位点，而在细胞内基质第三个羧基末端内基
11、质第三个羧基末端各有一个在蛋白激酶催各有一个在蛋白激酶催化下发生磷酸化位点。化下发生磷酸化位点。12/37n n含有7个穿膜区个穿膜区n n一条穿插细胞膜一条穿插细胞膜n n多达多达7次多肽链次多肽链。13/37G蛋白偶联受体可被划分为六个类型蛋白偶联受体可被划分为六个类型14/37G蛋白（GTPbindingproteins）有能与有能与GTP(三磷酸鸟苷三磷酸鸟苷)结合蛋白质都能够称为结合蛋白质都能够称为G蛋白蛋白研究信号传递时特指与细胞表面受体偶联异三聚体研究信号传递时特指与细胞表面受体偶联异三聚体G蛋白（蛋白（heterotrimeric GTP binding protein）全称是
12、鸟苷三磷酸结合蛋白，因其活性三磷酸鸟苷（GTP）及二磷酸鸟苷（GDP）亲密相关而得名。每一个G蛋白都包含三个亚基，命名为，和。在未被激活状态下，鸟苷二磷酸会与亚基结合，整个G蛋白复合体在细胞膜内表面游移。假如G蛋白与对应受体相遇而这个受体又恰好与对应信号分子结合话，G蛋白就会释放GDP并结合胞浆中GTP。15/37a.由由三种蛋白亚基三种蛋白亚基组成。组成。a.在在G蛋白三个亚基中，蛋白三个亚基中，和和以异二聚体存在，以异二聚体存在，亚基和亚基和亚基分别经亚基分别经过共价结合脂分子锚过共价结合脂分子锚定于质膜上。定于质膜上。16/37G蛋白分类Gs和和Gi区分主要是区分主要是亚基不亚基不一样，
13、而一样，而亚基相同。亚基相同。受体经过受体经过Gsa能激活腺苷酸环能激活腺苷酸环化酶，而经过化酶，而经过Gia则抑制腺苷则抑制腺苷酸环化酶，酸环化酶，G蛋白能使受体和腺苷酸环化蛋白能使受体和腺苷酸环化酶偶联，把细胞外信号转换为酶偶联，把细胞外信号转换为细胞内信号。细胞内信号。Gp型则是主要作用于磷脂酶型则是主要作用于磷脂酶C，参加，参加IP3 、DG调整。调整。p刺激型刺激型G蛋白（蛋白（Stimulating type G protein,Gs）p抑制型抑制型G蛋白（蛋白（Inhibited type G protein,Gi）p磷脂酶磷脂酶C型型G蛋白蛋白(PI-PLC G protein
14、,Gp)17/37（三）G蛋白与效应蛋白结合n nG蛋白偶联受体主要经过与两种效应蛋白结合后才能发挥作用：n n一个是G蛋白调控离子通道，n n另一个是G蛋白活化酶类活性物质。18/37n nG蛋白调控离子通道传导通路蛋白调控离子通道传导通路：G蛋白能够直接调控离子通道。是G蛋白信号传导路径中最快捷一个，能够在30-100纳秒之间产生作用。n n第二信使通路第二信使通路：G蛋白能够经过激活一些酶类物质来发挥作用，这些酶类物质又能够经过激活一系列生化反应来影响细胞功效。从最初到最终酶类活性物质能够统称为第二信使。19/37第二信使通路n nG蛋白能够经过激活一些酶类物质来发挥作用，这些酶类物质又
15、能够经过激活一系列生化反应来影响细胞功效。从最初到最终酶类活性物质能够统称为第二信使。20/37cAMP信号路径1.1.激动剂信号与激动剂信号与激动剂信号与激动剂信号与GG蛋白偶联受体结合后造成受体构蛋白偶联受体结合后造成受体构蛋白偶联受体结合后造成受体构蛋白偶联受体结合后造成受体构象改变，其上与象改变，其上与象改变，其上与象改变，其上与GsGs结合位点暴露结合位点暴露结合位点暴露结合位点暴露2.2.受体与受体与受体与受体与GsGs在膜上扩散造成二者结合，形成受体在膜上扩散造成二者结合，形成受体在膜上扩散造成二者结合，形成受体在膜上扩散造成二者结合，形成受体-GsGs复合体后，复合体后，复合体
16、后，复合体后，GsGs亚基构象改变，排斥亚基构象改变，排斥亚基构象改变，排斥亚基构象改变，排斥GDPGDP，结合了结合了结合了结合了GTPGTP而活化而活化而活化而活化3.3.亚基从而与亚基从而与亚基从而与亚基从而与亚基解离，同时暴露出与腺苷酸亚基解离，同时暴露出与腺苷酸亚基解离，同时暴露出与腺苷酸亚基解离，同时暴露出与腺苷酸环化酶环化酶环化酶环化酶(adenylate cyclase(adenylate cyclase，AC)AC)结合位点结合位点结合位点结合位点4.4.亚基与环化酶结合而使后者活化，利用亚基与环化酶结合而使后者活化，利用亚基与环化酶结合而使后者活化，利用亚基与环化酶结合而使
17、后者活化，利用ATPATP生生生生成成成成cAMPcAMP21/37cAMP信号终止n n该路径信号解除有两种方式该路径信号解除有两种方式:n n 经过经过cAMPcAMP磷酸二酯酶磷酸二酯酶(cAMP(cAMP phosphodiesterase,PDE)phosphodiesterase,PDE)将将cAMPcAMP环破坏环破坏,形成形成5 5-AMPAMP。n n 经过抑制型信号作用于经过抑制型信号作用于RiRi(抑制性受体抑制性受体),),然后经过然后经过GiGi起作起作用。用。GiGi蛋白被激活后，蛋白被激活后，GTPGTP同同GiGi蛋白蛋白 亚基结合，亚基结合，GiGi亚亚基与基
18、与GiGi复合物分离，并在细胞膜胞质面进行扩散；当复合物分离，并在细胞膜胞质面进行扩散；当GiGi亚基与腺苷酸环化酶结合后则抑制其活性；而亚基与腺苷酸环化酶结合后则抑制其活性；而GiGi复复合物则可同激活型合物则可同激活型GsGs作用，阻止它去激活腺苷酸环化酶。作用，阻止它去激活腺苷酸环化酶。22/3723/3724/37cGMP信号路径信号路径前期受体与G蛋白结合，活化以及和腺苷酸环化酶结合不过其催化GTPcGMPcGMP浓度增加，PKG被激活蛋白质磷酸化，引发细胞效应（可溶性GC活性需要NO激活，NO活化cGMP进而刺激PKG使血管平滑肌松弛和血管舒张）GC与亚基结合几秒钟后，被水解成GD
19、P，亚基恢复构象，结合恢复到静息状态下G蛋白，GC失活。25/37视觉26/37受体-G蛋白PLC路径1.经G蛋白偶联-激活膜内效应器酶磷脂酶C（PLC）磷脂酰二磷酸肌醇（PIP2）分解，生成三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DG）【第二信使】细胞外信号转变为细胞内信号。2.IP3与受体结合内质网钙通道开启Ga+到细胞质基质中去，细胞基质Ga+浓度各种依赖Ga+蛋白质活化细胞反应1.IP3和DG作为第二信使，在细胞内发挥信息传递作用。27/3728/3729/37关于布莱恩K卡比尔卡(Brian K.Kobilka)n nBrian是在Robert试验室里首先克隆了人Beta2肾上腺素受体cDN
20、A序列，开始了与GPCR研究不解之缘。n n然而之后事情并非一帆风顺。然而之后事情并非一帆风顺。30/37n n自从自从BrianBrian在斯坦福大学医学院开始独立研究以来，在斯坦福大学医学院开始独立研究以来，十几十几年时间里一直没有重大突破年时间里一直没有重大突破，造成，造成HHMIHHMI（霍华德休斯医（霍华德休斯医学研究所，学研究所，Howard Hughes Medical InstituteHoward Hughes Medical Institute）这种）这种擅长支持长久高风险研究机构都没有耐心了。擅长支持长久高风险研究机构都没有耐心了。HHMIHHMI于是于是在在年左右时候停
21、掉了年左右时候停掉了BrianBrianfundingfunding。那几年确实非常艰。那几年确实非常艰辛，而且因为课题风险太高，辛，而且因为课题风险太高，BrianBrian都不敢也没有条件招都不敢也没有条件招收收postdocpostdoc（博士后）。（博士后）。不得已不得已他只能自己做试验，同时他只能自己做试验，同时兼职做医生兼职做医生。不过。不过幸亏那几年幸亏那几年BrianBrian还是靠着还是靠着NIHNIH（美国（美国国立卫生研究院，国立卫生研究院，National Institutes of HealthNational Institutes of Health）R01R01资
22、助坚持了下来资助坚持了下来，并，并于于年解析了第一个人非视紫红质年解析了第一个人非视紫红质GPCRGPCR晶体结构，取得了初步成功晶体结构，取得了初步成功。当我们看到他现在光。当我们看到他现在光环时，极少有些人能体会到他过去艰辛。现在回首看来，环时，极少有些人能体会到他过去艰辛。现在回首看来，我认为首先是默默地坚持，拥有一颗强大心脏承受失败，我认为首先是默默地坚持，拥有一颗强大心脏承受失败，对于科研非常主要对于科研非常主要31/3732/3733/37GPCR研究前景n n很多药品药品作用都是针对某个靶点某个靶点，而在这些靶点中GPCR约占约占30%。所以，解析GPCR结构不但对了解其作用机制
23、非常关键，而且有利于设计更为有效药品。毫不夸大，一个GPCR结构解析对制药业来说就像是又重新注入一股新活力。然而，当前已经解当前已经解析析GPCR也只有视紫红质和肾上腺能受体也只有视紫红质和肾上腺能受体两种，两种，另外还有400各种GPCR结构没有被解析。n n所以，GPCR研究空间依然相当大！34/37 n nGG蛋白偶联受体调控着机体细胞对蛋白偶联受体调控着机体细胞对光线、图像、光线、图像、气味、药品和激素等信息物质气味、药品和激素等信息物质 大部分应答大部分应答。n n强大药品作用强大药品作用最著名最著名药品靶向药品靶向分子：分子：当前世界药品市场上最少有当前世界药品市场上最少有30%小
24、分子药小分子药品能够品能够激活或是阻断激活或是阻断G蛋白偶联受体蛋白偶联受体作用。作用。当前上市药品中，前当前上市药品中，前50种最畅销药品有种最畅销药品有20%就属于就属于G蛋白偶联受体相关药品，比蛋白偶联受体相关药品，比如充血性心力衰竭药品如充血性心力衰竭药品卡维地洛卡维地洛，抗高血，抗高血压药品压药品科素亚科素亚，乳腺癌药品，乳腺癌药品诺雷得诺雷得等等。等等。35/37GPCR分析服务企业分析服务企业n nGG蛋白偶联受体蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor(G protein-coupled receptor，GPCR)GPCR)包含包含600-600-1
25、0001000个组员，是极主要药品治疗靶点。临床上很多药品是经过作用于个组员，是极主要药品治疗靶点。临床上很多药品是经过作用于GPCRsGPCRs，到达治疗疼痛、哮喘、高血压以及免疫系统和神经系统相关，到达治疗疼痛、哮喘、高血压以及免疫系统和神经系统相关疾病疗效。疾病疗效。n n为满足为满足GPCRGPCR分析分析分析分析(GPCR screening and profiling)(GPCR screening and profiling)需求，金斯需求，金斯瑞不但提供种类齐全瑞不但提供种类齐全GPCRGPCR细胞库和母细胞系，也提供订制细胞库和母细胞系，也提供订制GPCRGPCR细胞细胞系服
26、务。我们凭借先进设备和分析平台，为您提供基于生化与细胞水平系服务。我们凭借先进设备和分析平台，为您提供基于生化与细胞水平GPCRGPCR分析方案，如分析方案，如GPCRGPCR激动剂筛选、激动剂筛选、GPCRGPCR拮抗剂（抑制剂）、拮抗剂（抑制剂）、GPCRGPCR调整剂、调整剂、GPCRGPCR反向激动剂筛选等，加速您研发进程。反向激动剂筛选等，加速您研发进程。n n服务特色服务特色服务特色服务特色n n专业、高品质服务专业、高品质服务n n世界上最大人类世界上最大人类GPCRGPCR稳定细胞系库稳定细胞系库 n n国内最大国内最大GPCRGPCR分析平台分析平台n n充分验证高通量药品筛选模型充分验证高通量药品筛选模型 n n各种筛选模型各种筛选模型:功效筛选（钙流、功效筛选（钙流、cAMPcAMP、汇报基因）、受体、汇报基因）、受体-配体结配体结36/37 谢谢37/37
