摘要：日本研究人員開發(fā)了一種創(chuàng)新策略，通過誘導(dǎo)隨機(jī)突變來恢復(fù)酵母細(xì)胞中GPCR的功能。
G蛋白偶聯(lián)受體(gpcr)是人類細(xì)胞表面蛋白中最大和最多樣化的一類。這些受體可以被視為“交通指揮"，將信號從外部傳遞到細(xì)胞內(nèi)部，并參與許多生理過程。鑒于它們在細(xì)胞通訊、細(xì)胞生長、免疫反應(yīng)和感覺知覺中的重要作用，許多針對gpcr的藥物已經(jīng)被開發(fā)出來，用于治療哮喘、過敏、抑郁癥、高血壓和心臟病等疾病。事實(shí)上，目前有超過300種與GPCR相關(guān)的藥物處于臨床試驗(yàn)階段，其中36%的藥物針對60多種新的GPCR靶點(diǎn)，而不是已經(jīng)批準(zhǔn)的藥物。此外，靶向gpcr的藥物占全球治療藥物市場份(空)額的27%，2011年至2015年期間總銷售額接近8900億美元。因此，任何能夠加速gpcr研究的技術(shù)都可能引發(fā)巨大的連鎖反應(yīng)，最終為數(shù)百萬人帶來更有效的治療方法。
如今，諸如低溫電子顯微鏡、光遺傳學(xué)、計(jì)算方法和人工智能、生物傳感器和無標(biāo)簽技術(shù)以及單細(xì)胞技術(shù)等方法正在被用于GPCR藥物的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)。其中，基于酵母的單細(xì)胞方法是研究gpcr最有用的平臺之一。除了在啤酒和面包制作中的廣泛應(yīng)用外，釀酒酵母作為宿主研究人源性gpcr也有很長的歷史。雖然一些gpcr可以被改造以增強(qiáng)其穩(wěn)定性和功能，以方便實(shí)驗(yàn)，但大多數(shù)gpcr在酵母細(xì)胞中不能很好地發(fā)揮作用。這個長期存在的問題大大減緩了我們對gpcr的理解和針對它們的新藥開發(fā)的進(jìn)展。
在這種背景下，日本東京理工大學(xué)(TUS)的研究小組最近提出了一種創(chuàng)新策略，可以恢復(fù)釀酒葡萄球菌(S. cerevisiae)中人源性GPCR人組胺3 (H3R)的活性。他們的研究發(fā)表在2023年9月26日的《科學(xué)報(bào)告》第13卷上，由Mitsunori Shiroishi副教授領(lǐng)導(dǎo)，由Ayami Watanabe女士和Ami Nakajima女士共同撰寫，均來自美國。
圖1 通過易錯PCR和體內(nèi)篩選恢復(fù)酵母細(xì)胞喪失的組胺H3受體活性
“H3R主要在神經(jīng)系統(tǒng)中表達(dá)。它涉及認(rèn)知功能，它的抑制與各種疾病的治療結(jié)果有關(guān)，如多動癥、精神分裂癥、阿爾茨海默病和發(fā)作性睡病，"Shiroishi博士解釋說。通過初步實(shí)驗(yàn)，該團(tuán)隊(duì)表明，H3R在酵母中表達(dá)時變得無功能。
為了恢復(fù)其功能，研究小組利用了一種稱為易出錯聚合酶鏈反應(yīng)的技術(shù)，在H3R基因中引入隨機(jī)突變。在產(chǎn)生了一個隨機(jī)的H3R突變文庫之后，他們將修飾過的DNA片段引入酵母細(xì)胞，并在H3R激動劑的存在下培養(yǎng)它們。H3R激動劑是一種與H3R結(jié)合并引發(fā)可測量反應(yīng)的化合物。通過多次培養(yǎng)篩選，研究人員獲得了四個恢復(fù)正常H3R活性的突變體。這些突變體只對一種含有某些g嵌合體蛋白的酵母菌株產(chǎn)生反應(yīng)。負(fù)責(zé)恢復(fù)活性的突變位于對GPCR激活重要的氨基酸序列基序附近。
圖2 全長H3R（FL）和缺失I3L的H3R（i3d）在釀酒酵母YB1菌株中的表達(dá)
這種研究gpcr的創(chuàng)新方法可能具有深遠(yuǎn)的意義，特別是在醫(yī)學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域。“我們的研究可以幫助闡明gpcr的功能，甚至可能導(dǎo)致副作用更少的藥物的開發(fā)，以及支持目前尚無治療方法的疾病的藥物發(fā)現(xiàn)，"Shiroishi博士說。目前正在積極開發(fā)以gpcr為靶點(diǎn)的藥物的許多治療領(lǐng)域，包括阿爾茨海默氏癥和精神分裂癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病、高血壓和心力衰竭等心血管疾病、各種類型的癌癥和代謝紊亂。
更深入地了解GPCR變異及其對個體的不同影響，也可能帶來個性化醫(yī)療的新方法。根據(jù)個體的基因組成和特定的疾病特征定制gpcr靶向藥物可能會大大改善治療效果。此外，在世界范圍內(nèi)為大量人群提供非專(空)利GPCR治療也可能成為現(xiàn)實(shí)，這將減輕衛(wèi)生保健系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。
我們確信，這項(xiàng)研究的結(jié)果將為每個人的健康未來鋪平道路。
參考資料
[1] Recovery of the histamine H3 receptor activity lost in yeast cells through error-prone PCR and in vivo selection
