研究人员开发了一种工具，有效地绘制了影响药物在特定细胞受体超家族中作用的关键相互作用图谱。大约三分之一由美国食品药品监督管理局（FDA）批准的药物针对位于人类细胞表面的一个主要受体超家族。这些重要药物，从β-adrenergic 拮抗剂到抗组胺药，通过这些受体启动复杂的生化过程，可以预防心脏病发作或迅速应对过敏反应。
然而，科学家们发现情况比之前认为的更为复杂，许多这些药物实际上影响的是由一个受体与一个相关蛋白质结合而成的结构。最近发表在《科学进展》（Science Advances）上的一项研究展示了一种突破性的方法，用于绘制215个受体与它们关联的三种蛋白质之间的相互作用。这些结果显著增强了我们对这些相互作用及其潜在治疗应用的理解。
“从技术角度来看，我们现在可以以前所未有的细节水平来检查这些受体，” 研究的主要作者、洛克菲勒大学化学生物学与信号传导实验室的前博士生伊拉娜·科特利亚尔（Ilana Kotliar）表示，该实验室由托马斯·P·萨克马（Thomas P. Sakmar）领导。“从生物学的角度来看，我们发现蛋白质与受体之间的相互作用发生的情况远比我们认识到的要广泛，为未来的探索铺平了道路。”
探索新前沿
这一组受体被称为GPCRs，即G蛋白偶联受体，而它们的伴侣蛋白被称为RAMPs，代表受体活性修饰蛋白。RAMPs帮助将GPCRs运输到细胞表面，并可以通过改变受体的构型或影响其位置来显著修改这些受体传递信号的方式。由于GPCRs很少单独工作，所以在识别GPCR时如果不考虑RAMPs的影响就像在不知道餐厅营业时间或位置的情况下看菜单。
“在体内，可以存在两个细胞，其中相同的药物针对相同的受体，但药物可能只在其中一个细胞中有效，”理查德·M·和伊莎贝尔·P·弗拉乌德（Richard M. and Isabel P. Furlaud）教授萨克马解释道。“区别在于这些细胞中是否有一个RAMP将其GPCR运输到表面，使药物能够与之相互作用。这就是RAMPs至关重要的原因。”
有了这些知识，萨克马和他的团队急于设计一种方法，以阐明每个RAMP对每个GPCR的影响。构建如此大规模的GPCR-RAMP相互作用图谱可能会显著提升药物开发，甚至可能澄清为什么某些有希望的针对GPCR的药物意外地未能发挥作用。
他们也希望这个图谱能通过揭示与几个所谓“孤儿”GPCRs相互作用的天然配体而为基础生物学做出贡献。“在人类体内，仍有许多GPCRs的激活因子仍然是个谜，”科特利亚尔解释道。“以前的筛查可能忽略了这些连接，因为它们没有考虑GPCR-RAMP复合体。”
然而，筛选所有GPCR-RAMP相互作用却是一项具有挑战性的任务。由于已知有三个RAMP和近800个GPCR，探索每一种可能的组合在实践中是不可行的。2017年，当时在萨克马实验室的研究生艾米丽·洛伦岑（Emily Lorenzen）与瑞典生命科学实验室和人类蛋白质图谱项目的研究人员建立了合作关系，旨在开发能够筛查GPCR-RAMP相互作用的测试。
同时进行数百次实验
研究小组首先将人类蛋白质图谱中的抗体与磁珠链接，每个磁珠涂上500种不同染料中的一种。然后，这些磁珠被放置在含有表达各种RAMP和GPCR组合的工程细胞的液体中。这种创新的方法使研究人员能够在一次实验中同时调查数百种可能的GPCR-RAMP相互作用。当每个磁珠通过检测设备时，颜色编码有助于识别哪些GPCR与哪些RAMP结合，从而实现对215个GPCR及其与三种已知RAMP的相互作用的高通量分析。
“这项技术中的大部分已经到位；我们的贡献是增强了它，”萨克马说道。“我们建立了一种方法，可以一次测试数百种不同的复合物，生成大量数据，同时回答许多问题。”
“通常，研究人员不会考虑多重分析。但这正是我们实现的目标——同时进行500个实验。”
虽然这一成就是经过较长时间的合作努力而取得的，但科特利亚尔为确保其成功而付出了特别的努力，在COVID限制的有限旅行窗口期间来回运输样本和稀缺材料。
她的奉献得到了回报。研究结果为GPCR研究人员和药物开发者提供了有价值的资源：公共可访问的抗GPCR抗体、工程化GPCR基因以及绘制的相互作用的在线数据库。“现在，您可以搜索您喜欢的受体，查看哪些抗体与其结合，找出这些抗体是否可商业获得，并了解该受体是否与RAMP相互作用，”萨克马解释道。
这些发现大大增加了实验验证的GPCR-RAMP相互作用，并为可能帮助检测GPCR组合和识别有害自体抗体的技术提供了基础。“从本质上说，这是一个以技术为中心的项目，”萨克马总结道。“这就是我们实验室的重点。我们的目标是发展有助于药物发现的技术。”
