GPCR

GPCR são os transmissores de sinais dentro das células, permitindo as células de vários órgãos e os sistemas do corpo comunicam-se um com outro e recebem a informação sobre o ambiente. Há aproximadamente 800 GPCR diferentes, que se localizam nas membranas de células humanas e reconhecem uma ampla variação de simuladores extracelulares que compreendem íons, hormônios, neurotransmitters, péptidos, etc. Os exemplos de moléculas bem conhecidas às quais os receptores respondem são epinefrina, serotonin, dopamine, histamina, cafeína, opioids, cannabinoids, chemokines e muitos outros. Os receptores transmitem sinais por meio da ativação da proteína GTP-obrigatória (G-proteína), que à sua vez provoca a cadeia complexa intracelular de reações que levam a certas respostas celulares e fisiológicas. Podemos encontrá-lo nas drogas: Cerebrolysin, Cortexin e em Complexo de Péptido de sistema imune.

Os processos do GPCR-controlado, dê-nos a oportunidade de ver e sentir os cheiros, reagir ao perigo, ter dor ou euforia de sensação, manter a pressão de sangue e regular a tarifa de coração, isto é, tudo que é necessário para o funcionamento do corpo. Os processos às vezes sinalizadores quebram-se, levando à doença numerosa e muitas vezes grave. Muitas doenças podem curar-se mas atuando sobre drogas de receptores. De fato, aproximadamente a metade de todas as drogas modernas destinadas para receptores associou-se com a G-proteína. Assim, a pesquisa destinada para a determinação da estrutura de receptores GPCR e mecanismos sinalizadores deve permitir uma melhor compreensão das causas de muitas doenças, bem como dar o ímpeto ao desenvolvimento de drogas mais eficazes com efeitos de lado mínimos.

A história da pesquisa GPCR tem mais de 100 anos. O receptor, que responde à luz - rhodopsin - por exemplo, descobriu-se e isolou-se em 1870 pelo cientista alemão Wilhelm Kühne. Pelo primeiro 70-ies de XX século, conhecia-se que as células de músculo podem ativar ou inibir os efeitos por certas moléculas. A parte do mecanismo de reações intracelulares, também, se conhecia, e foi claro que as moléculas, estimulando as células não penetram nas células. Assim, postulou-se a existência de uma substância de receptor que reage a moléculas extracelulares e envia um sinal na célula.

A procura desta substância elusiva e o receptor empregou Robert Lefkovitz que usa adrenalina (um hormônio células estimulantes) com um construído um isótopo radioativo do iodo. Estes estudos decidem que alguma proteína de adrenalina ata a uma superfície de célula ou receptor. O fato que o sinal se transmite dentro da célula pela ativação da G-proteína, agora já foi Rodbell descoberto e Gillmanom (para o qual os dois cientistas ganharam o Prêmio de Nobel pela Medicina em 1994). Assim, a proteína que responde a estímulos extracelulares foi o receptor identificado conjugado com a G-proteína, e vários destes receptores identificaram-se. Contudo, a isolação e a identificação das sequências de aminoácidos de GPCR foram um grande problema, porque todos os receptores, com a exceção de rhodopsin, as células produziram em números muito baixos. Pela primeira vez para isolar e determinar a sequência do receptor de beta-adrenergic (um receptor que responde à adrenalina) reprovado em 1986, então novamente no laboratório Lefkovitz com Brian Kobilka que executou o estudo posdoutoral. A clonagem trouxe uma grande surpresa: a análise de sequência de aminoácidos mostrou que adrenoceptor tem sete alfa transmembrane helices e é muito semelhante ao receptor visual rhodopsin, estudos da estrutura que mais se promoveram graças ao trabalho de vários laboratórios, inclusive cientistas soviéticos abaixo da direção de Yuri Ovchinnikov.

Estes estudos mostraram que os receptores com funções muito diferentes podem ser parentes próximos, e que possivelmente há outros receptores com uma estrutura semelhante. De fato, a genoma humana sequencing revelou mais de 800 genes que codificam GPCR. Ficou claro que a sinalização via GPCR é um mecanismo universal da comunicação entre as células e as células com o ambiente.

Para entender totalmente o mecanismo de operação de GPCR, tinha o conhecimento da sua estrutura espacial com a resolução atômica. Tais estruturas podem obter-se só por meio da difração de raio x necessita o cultivo de um cristal altamente encomendado. GPCR contudo, foram famosos da sua resistência à cristalização, apesar do trabalho persistente de muitos laboratórios no mundo. A primeira estrutura GPCR foi Palchevsky em 2000 cristalizou o mesmo rhodopsin, que é o mais estável e o menos móvel de todo o GPCR. Tomou mais 7 anos antes que a primeira estrutura do receptor humano que responde à adrenalina se determinasse.

Tive sorte de participar nestes estudos. Em 2006 comecei a trabalhar no laboratório de Ray Stevens no Instituto de Scripps em La Jolla, que colaborou com Brian Kobilka na determinação da estrutura dos receptores de beta-adrenergic. Kobilka trabalhou na estabilização adrenoceptor pela engenharia molecular, o laboratório de Stevens tentou cristalizá-lo. Alguns meses depois fui capaz de cristalizar-me o receptor modifica-se usando um método de cristalização especial no lipídio fase cúbica com o uso de colesterol, que melhorei durante vários anos passados. A estrutura da beta-adrenoceptor publicou-se no jornal Science em 2007 e denominou-se um de 10 avanços científicos do ano. Durante 5 anos passados, 15 estruturas GPCR diferentes identificaram-se - principalmente laboratórios Kobilka e Stevens. Finalmente, em 2011 Kobilka foi possível de fixar o complexo sinalizador inteiro cristalino entre a beta-adrenoceptor ativada e G-proteína e determinar a sua estrutura, permitindo ver o sinal fechado da transdução do receptor à G-proteína.

Assim, graças aos esforços heróicos de Lefkovitz, Kobilkz e outros cientistas durante 40 anos passados, aprendemos sobre a existência de uma família única e diversa de receptores conjugados com a G-proteína, que controla todos os processos vitais no corpo humano. Os estudos estruturais de cinco anos passados trouxeram o conhecimento de estruturas tridimensionais destes receptores, ele possível de entender como ligands extracelular reconhecido pelos receptores, e como é a transmissão de sinais à G-proteína. Estes que exploram trabalho puseram a fundação de uma investigação mais detalhada, que no futuro ajudará a aprender as nuanças necessárias que distinguem estes receptores um de outro e lhes permitem só responder seletivamente a certo ligands, uma melhor compreensão dos detalhes de sinal farmacêuticos os tipos diferentes de ligands para determinar os efeitos possíveis do receptor dimerization, efeitos allosteric ligands, bem como detalhes de um ectopic mecanismo sinalizador por meio da detenção. Tudo isso pode levar a uma nova geração da medicina, onde as drogas seriam mais eficazes, deixariam de causar efeitos de lado e se selecionarão segundo a informação genética do GPCR do determinado paciente.