细胞如何感受外界环境——2012年度诺贝尔化学奖简述

2012年度诺贝尔化学奖授予Robert J.Lefkowitz和Brian K.Kobilka,以表彰他们在G蛋白偶联受体研究领域的杰出贡献。本文简要介绍G蛋白偶联受体的结构、功能及其发现和发展的过程。     

基于遗传算法的G蛋白偶联受体(GPCR)家族的分类预测研究

G蛋白偶联受体广泛参与各类生理活动的调控,目前市场上1/2的小分子药物均是以GPCR为药物靶标。由于G蛋白偶联受体晶体结构缺乏,采用理论方法对G蛋白受体耦合特异性进行分类预测在药物研发领域有着重要的学术和应用价值。因此,本文采用模式识别方法,基于GPCR序列,以伪氨基酸算法以及遗传算法为基础,用支持向量机方法建立了G蛋白偶联受体耦合特异性的预测模型,取得了可达82.5%的较高的预测准确度。     

神经介素B受体与拮抗剂、激动剂的分子模拟研究

大鼠神经介素B受体(rat neuromedin B receptor, rNMBR)属于G蛋白偶联受体(G-protein coupled receptor, GPCR) A家族的成员. GPCR的结构特征和在信号传导中的重要作用决定了其可以作为很好的药物靶标. 关于rNMBR与内源性激动剂神经介素B (neuromedin B, NMB)以及与非肽类拮抗剂pd168368作用机制的研究对于合理设计受体药物分子有重要的指导意义. 在这一研究中, 我们使用同源模建, 构建受体的三维结构, 进行分子对接和分子动力学的计算. 基于受体三维结构, 通过10 ns的空载受体、激动剂-受体、拮抗剂-受体的分子动力学模拟, 探讨受体与激动剂与拮抗剂的作用机制. 研究表明rNMB-R中跨膜(transmembrane, TM)螺旋3, 5, 6, 7参与配体的结合. NMB与受体的结合, 使受体转变为活性构象, 而受体同拮抗剂pd168368恰好相反.     

G-蛋白偶联受体GPR120分子模建研究

新的长链脂肪酸受体G-蛋白偶联受体120 (G-protein-coupled receptor120, GPR120)是2型糖尿病的潜在治疗靶标. 由于其晶体结构迄今尚未获得, 成为基于结构的新药设计的瓶颈. 首先, 以人体β2肾上腺能素受体(human β2 adrenergic receptor, β2AR)晶体结构为模板, 通过同源模建方法构建GPR120三维结构, 对整个体系进行包膜的分子动力学模拟. 然后采用分子对接技术模建了GPR120的小分子激动剂GW9508与GPR120的相互作用模型, 发现了受体分子识别的关键性残基, 为开展定点突变实验提供了指导意义. 所建模型为研究受体与配体作用提供了合理的初始结构, 此方法也适用于其他G蛋白偶联受体的分子模建.     

μ阿片受体的三维结构预测及活性位点分析

通过对比多个与μ阿片受体同属G蛋白偶联受体的视紫质蛋白序列,选择以同源性最高的牛视紫质蛋白(PDB编号:1F88)为模板,采用同源模建的方法,基于Composer程序,构建了μ阿片受体的三维结构模型,并预测了其二级结构.模型的可靠性经Ramachandran图和ProTable验证,用Site ID确定了μ阿片受体的活性位点,得到了与文献报道相吻合的结果,并预测了新的可能的关键性氨基酸,为合理设计μ阿片受体的激动剂和拮抗剂提供重要依据,进一步指导药物分子设计.     

膜蛋白选择性调节剂和具有抗癌活性天然产物的构效关系研究——常州大学陈新教授课题组研究方向简介

β2-肾上腺素受体(β2AR)是一种典型的G蛋白偶联受体(GPCR),长期作为研究GPCR调控机制的模型系统。β受体阻滞剂,即β2AR的正构拮抗剂,是用来治疗多种疾病的主干心血管药物。目前,所有已知的β2AR拮抗剂都是正构配体;别构拮抗剂有可能具有新颖的治疗特性。本课题组通过与美国杜克大学的结构生物学家合作,发现了第一个β2AR小分子别构拮抗剂CPD-15,并进行了后续的结构优化和作用机制研究。     

β2-AR激动剂BI-167107的合成

BI-167107是一种新的长效β2肾上腺素受体(β2-AR)激动剂,在鉴定G蛋白偶联受体(GPCR)/配体络合物的结构方面具有重要应用.以2-硝基间苯二酚为原料,经过七步反应,合成了目标化合物,其结构经1H NMR,13C NMR和MS确证.此合成路线的优点是避免了使用有毒试剂,可以便捷地用于制备较大量的BI-167107及结构相近的苯并噁嗪类化合物.     

基于支持向量机预测G蛋白偶联功能类

G蛋白偶联受体,又称为七α螺旋跨膜蛋白质受体,因能结合和调节G蛋白活性而得名.现有研究表明,该类蛋白质的功能失调能够导致包括阿尔茨海默氏症、帕金森症、侏儒症、色盲症以及哮喘等在内的多种疾病的发生,并且通过调节有关G蛋白偶联受体介导的信号转导还可以治疗抑郁症、精神分裂症、失眠、高血压、肾功能衰竭甚至心脑血管等疾病.     

人甲状腺旁素1型受体的结构特征

人甲状腺旁素1 型受体(PTH1R)是骨形成相关的B类G蛋白偶联受体, 其底物甲状腺旁腺素(PTH)及类似物具有抗骨质疏松作用. 由于此类受体的三维结构难以进行实验测定, 本文采用同源模建的方法, 完整构建了胞外区、跨膜区及其它相关区域, 并通过对接研究, 阐明复合物的氢键、疏水性相互作用及其与底物的相互作用关系和关键位点. 为进一步设计和发展此类药物提供理论依据.     

大麻素受体CB1三维结构的同源模建及其对接研究

大麻素CB1受体属于G蛋白偶联受体. 以牛视紫红质的晶体结构为模板, 利用同源模建法对CB1受体的三维结构进行了模拟, 并采用分子动力学方法对模型进行了修正和优化. 在此基础上, 分析了活性位点的组成和结构, 研究了拮抗剂利莫那班与CB1受体的对接, 明确了CB1受体与利莫那班结合时起重要作用的氨基酸残基. 发现利莫那班与CB1受体残基Lys192形成氢键相互作用是CB1受体拮抗剂的重要分子作用基础.     

G蛋白偶联受体34同源建模及其与lysoPS类似物对接研究

G蛋白偶联受体34(GPR34)在肥大细胞、肿瘤组织和人体免疫器官中高度选择性表达,但因属于膜蛋白,其三维结构难以测定,不能从分子水平上分析其与药物作用情况.本文选用PDB数据库中与GPR34一级序列同源性最高的4NTJ为模版蛋白进行同源建模,运用拉氏图和Profile-3D进行评估,通过加膜限制和loop区能量优化等...     

芬太尼类化合物与阿片μ受体相互作用的分子对接与分子动力学模拟

采用分子对接和分子动力学(MD)模拟方法研究了芬太尼类化合物与阿片μ受体的相互作用机制.先用AutoDock4.0程序将芬太尼类化合物对接到同源模建的阿片μ受体结构中,再用GROMACS程序包在水溶液体系中分别对12个芬太尼激动剂和阿片μ受体蛋白复合物进行了MD模拟研究,优化对接复合物的结构,最后利用MM-PBSA方法,在APBS程序中计算芬太尼类衍生物与阿片μ受体的结合自由能,计算出的受体配合物结合常数(Ki)与其实验值吻合较好,并预测了化合物的活性排序.结果表明,复合物蛋白结构与空载受体蛋白结构有较大差异,特别是胞内区IL2、IL3和跨膜区段TM4骨架构象变化较大,不同的化合物对受体结构影响也有差异,活性较好的化合物会增加蛋白特定区域结构的柔性.芬太尼类化合物可能是通过和受体结合后诱导阿片μ受体构象转变为活性构象,引起一系列的信号传导激活G蛋白,从而引发生理效应.     

α2A肾上腺素受体的同源模建及与Yohimbine的对接研究

通过对比多个与α2A-肾上腺素受体同属G-蛋白偶联受体的视紫红质蛋白序列,选择以相似性最大的牛视紫红质蛋白为模板,同源模建了α2A-肾上腺素受体的跨膜结构,并在结构中找到了体积为0.090 nm3,已被报导的活性残基包围的活性位点.运用分子力学与动力学方法研究了此结构突变前后与抑制剂Yohimbine的对接情况,得到了与文献报道相吻合的结果.同时对接研究结果发现,在α2A-肾上腺素受体的结合位点周围的一个由色氨酸和两个苯丙氨酸组成的局部疏水区对抑制剂有稳定作用,并且天冬氨酸113作为氢键受体也对稳定抑制剂有重要作用.     

GPR40 受体苯丙酸类激动剂三维定量构效关系研究

苯丙酸类化合物是G蛋白偶联受体40(GPR40)潜在的生物活性药物。本文基于比较分子力场分析法(Co MFA)和比较分子相似性指数分析法(CoMSIA),分别建立了40个已知活性的GPR40受体苯丙酸类激动剂的三维定量构效关系(3D-QSAR)模型,研究该类激动剂与生物活性之间的关系。CoMFA和CoMSIA模型的交叉验证系数(q~2)分别为0. 527和0. 500,拟合验证系数(r~2)分别为0. 901和0. 860,两个3D-QSAR模型预测值与实验值基本一致,表明模型具有良好的可信度和预测能力。根据两个3D-QSAR模型提供的立体场、静电场、疏水场、氢键供体场和氢键受体场所提供的信息提出优化该类抑制剂结构的药物设计思路,为指导设计更高活性的GPR40激动剂以及GRR40新分子激动活性的预测提供理论依据。     

靶向纳米钻石-甲氨蝶呤药物体系制备及与MCF-7细胞作用

以羧基化纳米钻石(ND-COOH)为基体, 通过共价键合方法将聚乙二醇二胺(H₂N-PEG-NH₂)、 叶酸(FA)和缩水甘油(GLY)偶联于ND-COOH表面, 赋予纳米钻石载体较好的水溶分散性和靶向性, 借助氢键和范德华力等作用力负载甲氨蝶呤(MTX), 得到靶向纳米钻石-聚乙二醇二胺-叶酸/缩水甘油/甲氨蝶呤(ND-PEG-FA/GLY/MTX NPF/G/M)纳米药物体系. 采用透射电子显微镜、 X射线能量色散谱、 粒径及电位测试证实已制备NPF/G/M. 体外释药发现NPF/G/M在肿瘤环境(pH=5.5)中的药物释放量为正常生理环境(pH=7.4)中的3倍, 表明其具有良好的药物输送特性. 此外, 利用流式细胞术和MTT毒性测试探究了MCF-7细胞摄取NPF/G/M的机制及动力学特性和细胞毒性, 结果表明NPF/G/M以依赖能量、 温度、 网格蛋白、 小窝蛋白和叶酸受体介导的机制进入细胞, 从而将药物缓慢释放于细胞内, 进而诱导细胞凋亡. 研究结果表明, NPF/G/M可作为一种良好的药物输送体系, 为其应用于乳腺癌的临床治疗提供理论参考.     

琼脂糖珠富集β-actin蛋白实验条件的优化

研究不同反应条件(样品初始浓度、温度、时间)下,protein A+G agarose对小鼠脑组织中β-actin蛋白富集的影响.结果在样品初始浓度为0.5g/L,4℃条件下偶联反应2h,Protein A+G agarose对小鼠脑组织中β-actin蛋白的富集效果最好、并且稳定性与重现性良好.     

水溶性量子点标记狂犬病P蛋白单克隆抗体的研究

利用共价偶联的方式,在水溶性缩合剂1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基硫代琥珀酰亚胺(Sulfo-NHS)促进作用下,将400 μL的2 g/L狂犬病P蛋白抗体与适量的聚丙烯酸修饰后的水溶性硫脲修饰ZnO掺Cd量子点进行共价偶联反应,经磷酸盐缓冲液(PBS,0.01 mol/L,pH 7.4)透析纯化得到目标偶联物,采用荧光发射光谱、生物质谱、酶联免疫法等对偶联物进行表征.结果表明:偶联后的量子点荧光最大发射波长红移了10 nm,荧光强度随着狂犬病P蛋白抗原浓度的增加而逐渐增强;量子点标记狂犬病P蛋白抗体后的分子离子峰在m/z 67580处,比狂犬病P蛋白抗体分子离子峰增大了1453.由此证实狂犬病P蛋白抗体成功偶联到水溶性量子点上,且结构未受破坏.     

膜受体介导双酚A低剂量内分泌干扰效应的分子机制

双酚A(Bisphenol A, BPA)为苯酚系衍生物,作为生产聚碳酸酯塑料和环氧树脂的中间体被广泛应用于多种产品制造中,为全球产量最大的工业品之一。BPA的大量应用使普通人群暴露BPA的几率显著增加。BPA结构与雌激素相似,为一典型雌激素样内分泌干扰物,可以对机体产生多种毒性效应。高剂量BPA主要通过拮抗雌激素受体而发挥其内分泌干扰效应;环境相关低剂量BPA由于不能与雌激素竞争结合雌激素受体,主要通过膜受体介导的信号通路以非基因组方式诱导细胞生物学功能改变。但是,具体何种膜受体介导BPA的低剂量效应以及相关分子机制目前还不清楚。基于此,我们课题组近年来在这些方面做了一系列工作。我们发现,膜G蛋白偶联受体30和整合素αvβ3及其介导的信号传导通路分别介导了环境相关低剂量BPA对雄性生殖细胞的增殖诱导和甲状腺素基因转录的干扰。对环境相关低剂量BPA作用机制的深入理解不仅有助于更客观真实评价和预测环境暴露BPA对人体健康的可能潜在影响以及采取有针对性的预防和干预措施。同时,也将为评价其他类似结构雌激素样环境内分泌干扰物的健康效应提供理论基础及技术支持。本文将结合我们近年来的研究工作,综述目前环境低剂量BPA暴露对人体健康影响的分子机制研究进展、存在的问题以及将来研究的一些思考。     

GPR52——治疗神经系统疾病的新靶点

GPR52是G蛋白偶联受体家族的一员,它的内源性配体至今仍未发现.但其在大脑纹状体中高度表达,能够抑制多巴胺D2受体并通过促进神经细胞中cAMP的积累激活多巴胺D1受体和NMDA受体,成为治疗精神分裂症的潜在靶点.同时GPR52受体反向激动剂被证明不仅可以降低mHTT的水平而且能够治疗小鼠模型中的亨廷顿病相关症状.     

苯肾上腺素诱导乳鼠心肌细胞蛋白质表达变化的蛋白质组分析

α₁-肾上腺素受体(α₁-Adrenergic receptor, α₁-AR)是G蛋白偶联受体(G-protein coupled receptor, GPCR), 也是内源性儿茶酚胺、 去甲肾上腺素和肾上腺素最重要的靶受体之一. α₁-AR广泛分布于机体的各种器官、 组织和细胞中, 并介导多种生理效应, 如血管收缩、 蛋白质合成及心脏变力变时作用等^[1,2]. 很多研究已经证实, α₁-AR及其信号转导通路与许多心血管疾病存在密切关系^[3,4]. 蛋白质组学可提供一种发现在疾病情况下异常表达蛋白质的方法, 为疾病的早期诊断和愈后判断提供指南, 并为针对性疾病治疗提供科学依据