关键疼痛相关的蛋白质的结构亮相

888真人赌场的研究人员用创新的方法来产生TRPV1的图像具有前所未有的清晰度

通过 皮特·法利

closeup view of molecule
TRPV1的可视化,播放疼痛和热的感觉了核心作用的蛋白质。 从Liao等人,性质 504,107-112,2013

由888真人赌场博士后研究员带领二胡曹博士和maofu髎,博士,新的研究将提供新的见解药物设计师寻找新的和更好的疼痛治疗,但它也为结构生物学领域,其目的是分水岭发现蛋白质如何在物理上,以便更好地了解它们的功能构造。

到现在为止,在新的研究中使用的方法,称为低温电子显微术或冷冻电镜,被认为是不能在这样的非常详细的可视化小蛋白质。

“影响将是广泛的,说:”电子显微镜 郑一凡博士,生物化学和生物物理学和两个新的文件该报告中,蛋白质,称为TRPV1的结构共同资深作者,888真人赌场的副教授(发音为“跳闸V形合一”),以3.4埃的分辨率。 (为了比较,纸张是约1百万埃厚.)“在过去,人们从来不相信你就可以用这种方法来获得这种高分辨率的 - 它被认为是不可能的。这开辟了很多机会。”

该研究成果发表在十进制5问题 性质.

激活TRPV1

TRPV1有好奇有生物学家都和普通公众,因为它是1997年被首次发现独特的性能 戴维·朱利叶斯博士,教授,生理学和新的冷冻电镜论文的共同资深作者888真人赌场的系主任。

在丰度在感觉神经细胞中发现的,TRPV1蛋白离子通道:它们形成的孔在细胞膜,通过它离子如钙可通过,改变细胞的倾向来产生动作电位并传递信号给其他神经元。

Erhu Cao
二胡曹博士
Maofu Liao
maofu廖博士
戴维·朱利叶斯
大卫·朱利叶斯,博士
郑一凡
一帆成博士

但不同于其它离子通道,TRPV1响应任一化学信号或温度变化。例如,TRPV1会改变其形状辣椒素,即借辣椒其火热诚刺鼻化合物的存在下,以打开其信道,而且还响应于温度高到足以引起疼痛。

朱利和他的同事已经表明,都使得蛋白质的药物开发人员之间的强烈的兴趣的焦点的范围的疼痛诱导毒素和从源等不同蜘蛛毒素和植物也将激活TRPV1,链接衍生消炎化合物。

在第一两个新论文 性质 描述了在其静止状态TRPV1的结构,而第二个示出了TRPV1通道时结合于蜘蛛毒素和辣椒素样化合物如何改变形状。可视化支持TRPV1激活的“双栅”模型,其中所述信道的不同部分可以响应于不同的化学试剂,这将是药物设计者希望以调制通过精确控制TRPV1门控疼痛反应的有价值的信息改变构象。

“它有点像看到信道的快照关闭,然后部分打开,则完全打开,这是离子通道极其罕见的,”朱利说。

放大到蛋白质

前新 性质 纸,所述成,“为TRPV1和类似蛋白的结构的最佳分辨率为约15至20埃,以及许多从低分辨率数据导出的结构缺乏足够的细节是机械地信息。”根据朱利,许多结构生物学家已经考虑冷冻电镜是固有劣于X射线晶体学,这在最好的情况下可以达到小于2埃的分辨率,与一些驳回冷冻电镜为“团块-易学”。

但顾名思义,X射线晶体学要求的目标蛋白质结晶,它是非常难以实现的嵌入细胞膜像TRPV1蛋白质。这样的蛋白质,被称为完整的膜蛋白,在生物学的重要领域,包括细胞信号传导和药品的行动至关重要的球员。

此视频显示了TRPV1蛋白在3.4埃的三维模型,通过这两个蜘蛛毒素(粉红色)和树脂毒素(红球)的约束。树脂毒素占用相同的结合位点的辣椒素,给人辣椒它们的化合物“热”。蛋白质的四个亚基都呈现亮黄色,蓝色,绿色和红色。作为模型旋转,以显示顶部和底部视图,通过它离子中心通道通入细胞清晰可见。 程实验室的礼貌

大约在四年前开始,曹,在朱利叶斯实验室谁共享与辽第一作者身份在两个新的文件一个博士后,开始创建TRPV1的,他希望在X射线晶体学研究使用高度稳定,功能拷贝,但蛋白质顽固地抵制结晶。

“我们想知道,”朱利叶斯说,“有另一种方式来摆脱这种漂亮又乖又功能蛋白的结构信息中是否有具有晶体?”

在走廊相遇,朱利叶斯了解到,郑和 大卫。 AGARD博士,生物化学和生物物理学和霍华德休斯医学研究所(HHMI)研究员教授在888真人赌场的凯克先进的显微镜实验室中制造的冷冻电镜显著的技术进步。他鼓励曹廖,在诚实验室的一名博士后研究人员合作,对TRPV1的冷冻电镜研究。

在冷冻电镜,样品是通过将蛋白质的许多拷贝,称为单颗粒,在水溶液中产生。样品被塞入到液体乙烷中,用于冷却以每秒100000摄氏度的速率将溶液,在零下172摄氏度在无数的取向的颗粒悬浮在保护玻璃状冰。

然后用电子显微镜被用于图像中的采样,和研究人员喂颗粒进入计算机,其组合来自所述多个二维视图的信息来计算对象的三维结构的图像。

来自HHMI的支持和美国国家科学基金会(通过美国复苏与再投资法案主要研究仪器补助金),AGARD和同事合作与劳伦斯伯克利国家实验室和工业合作伙伴,普莱森顿,总部位于加州加坦INC。,设计和开发冷冻电镜一个新的相机。新的设备直接捕获电子,而不是第一电子转换成光,如前面的照相机一样。

同时,以新相机的400帧每秒的速度优势, 薛明李博士在Cheng和AGARD实验室一个博士后,设计了进一步改进分辨率的运动校正算法。在硬件和软件的联合创新,报道 自然方法 去年5月,造成超过传统的冷冻电镜有很大的改进。

“画面像电影,你可以补偿样品的细微的动作,”程说。 “现在我们可以记录在3埃分辨率的样品的每一个形象。”

使用这些新冷冻电镜技术,在几个月CaO和廖某的问题在3.4埃,前所未有的成就完整的膜蛋白的单颗粒冷冻电镜可视化TRPV1。

可视化能力

现在,他们已经成功地可视化必然会一些化学伙伴的TRPV1,球队希望以确定蛋白质遇热,首先将样品加热,然后迅速冷却它成像时如何改变形状。

朱利叶斯说,要准确地捕捉蛋白质的形状变化的能力是冷冻电镜的巨大优势之一。他预计,许多结构生物学家,即使是那些谁赞成X射线晶体学,将冷冻电镜添加到他们的工具箱,得益于郑和AGARD的888真人赌场的实验室取得了进展。

“这些报纸报道TRPV1的结构,但他们也展示了冷冻电镜的效用为结构测定的方法,而且它也有可能为寻找在多种构象的蛋白质非常强大的技术,”他说。

朱利叶斯说,尽管该研究小组利用新的方法来确定TRPV1的结构的事实,他长期熟人与蛋白的生化方面给他在其准确性充满信心。

虽然他几乎可以在超过15年的蛋白质的可视化工作在他的脑海里TRPV1,他说有一些‘原始’关于看见摆着电脑显示器上单一TRPV1颗粒的图像。

“当你看到TRPV1的结构,你知道它适合的数据这么好,有一种内脏,情绪反应,你看它,你会想,‘现在我们真的知道这是什么东西的样子。’”

成一致。 “百闻不如一见”,他说。

888真人赌场致力于通过先进的生物医学研究,生命科学和健康专业的研究生层次教育和卓越的病人护理促进全球健康一流大学。它包括牙科,医学,护理和药学,研究生部门在基础生物医学,平移和人口科学全国著名节目排名第一的研究生院,以及一个卓越的生物医学研究的企业和两个排名第一的医院,UCSF医疗中心和UCSF贝尼奥夫儿童医院。