Forskere fanger de første cryo-EM-billeder af cellulært mål for type 2-diabetes i aktion

Forskere ved University of Michigan, Stanford University og biotekselskabet ConfometRx har taget de første kryo-elektronmikroskopiske snapshots af en central cellulær receptor i aktion.

Fundene, som blev offentliggjort online 24. maj i tidsskriftet Natur , afsløre ny information om virkemåden af ​​G-proteinkoblede receptorer - som er mellemled for molekylære beskeder relateret til næsten enhver funktion i den menneskelige krop.

G-protein-koblede receptorer, ofte shorthanded som GPCR'er, opholder sig i cellernes membran, hvor de registrerer signaler fra ydersiden af ​​cellen og overfører dem til indersiden for at blive grebet ind. De reagerer på signaler, herunder sensoriske input som lys, smag og lugt, samt til hormoner og neurotransmittere.

Den nye, billeder med nær atomopløsning giver et utroligt detaljeret kig på, hvordan disse vigtige receptorer binder til og transmitterer signaler fra peptidhormoner.

Holdet afslørede, hvordan hormonet GLP-1 (Glucagon-lignende peptid-1) binder til sin receptor på ydersiden af ​​en celle, og hvordan dette forårsager ændringer i arrangementet af den del, der strækker sig ind i cellen - som derefter engagerer og aktiverer G-proteinet.

GLP-1 spiller en vigtig rolle i regulering af insulinsekretion, kulhydratstofskifte og appetit. Det binder til B-familien af ​​G-protein-koblede receptorer, selvom information om deres præcise interaktioner hidtil har været begrænset af mangel på billeder af komplekset i aktion.

"Det er svært at overvurdere vigtigheden af ​​G-protein-koblede receptorer, sagde Georgios Skiniotis, en forsker ved U-M Life Sciences Institute og Medical School, og en seniorforfatter af undersøgelsen. "GPCR'er er målrettet for omkring halvdelen af ​​alle lægemidler, og at få sådanne strukturer ved kryo-elektronmikroskopi vil være afgørende for yderligere lægemiddelopdagelsesbestræbelser. GLP-1-receptoren er et vigtigt lægemiddelmål for type 2-diabetes og fedme."

Størrelsen og skrøbeligheden af ​​GPCR-komplekser har gjort dem notorisk vanskelige at fange ved hjælp af den mangeårige guldstandard for billeddannelse:røntgenkrystallografi. Det tog Brian Kobilka, en professor i molekylær og cellulær fysiologi ved Stanford University Medical School og en senior samarbejdspartner på papiret, mange år for at opnå den første – hvilket førte til en Nobelpris for Kobilka i 2012.

Den nuværende undersøgelse blev udført ved hjælp af en kryo-elektronmikroskopi, eller kryo-EM. Cryo-EM er en udviklende, banebrydende billedteknologi, der involverer frysning af proteiner i et tyndt lag opløsning og derefter afvisning af elektroner af dem for at afsløre deres form. Fordi de frosne proteiner er orienteret på alle måder, computersoftware kan senere kombinere de tusindvis af individuelle snapshots til et 3D-billede med næsten atomær opløsning.

Fremskridt inden for cryo-EM gør det nu muligt at fange proteinkomplekser med samme opløsning som røntgenkrystallografi, uden at skulle tvinge proteinerne til pæne, ordnede krystaller - hvilket begrænser de mange arrangementer og interaktioner, der er mulige.

"Ved brug af cryo-EM, vi kan også finde flere oplysninger om, hvordan GPCR'er bøjer og bevæger sig, " sagde Yan Zhang, en postdoc-forsker i Skiniotis' laboratorium og medforfatter af papiret. "Og vi kan observere funktionelle ændringer i komplekser, der er vanskelige, hvis ikke umuligt, at krystallisere."