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结构生物学服务

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G蛋白偶联受体 (GPCR)-GCGR
冷冻电镜单颗粒法常用于难以或无法结晶蛋白的结构解析。2020年,在Science上发表了一篇G蛋白偶联受体(GPCR)-GCGR蛋白的结构信息,该蛋白的结构解析工作由青云瑞晶的技术人员完成。

背景

G蛋白偶联受体(GPCR)属于膜蛋白,膜蛋白的膜内区域具有广泛的疏水表面,从膜上解离下来后在极性的水溶液中难以稳定存在,往往无法使用常规的结晶方法获得其结构信息。

人胰高血糖素受体(GCGR)是B类GPCR家族的成员,对葡萄糖的平衡至关重要,有望成为糖尿病和肥胖症治疗的潜在药物靶点。本研究通过冷冻电镜单颗粒法解析了GCGR与其同源配体胰高血糖素和异源三聚体Gs或Gi1蛋白的结构,以研究GCGR与G蛋白相互作用的分子机制。

实验结果

蛋白表达

GCGR表达量极低,难以进行后续的纯化实验。为了获得合适可进一步实验的蛋白复合物,不断对载体和表达系统进行调整摸索。并在蛋白表达过程中加入单克隆片段,以增加复合物的稳定性。

图一 Glucagon-GCGR-Gs-Nb35复合物和Glucagon-GCGR-Gi1-scfv16复合物蛋白表达结果

冷冻制样

在蛋白制样阶段,蛋白样品大多停留在载网支持膜上,而非支持膜孔的冰层中。且蛋白样品存在较严重的取向优势。

通过改变蛋白样品的浓度,更换载网类型,最终使样品大量入孔。通过增加冷冻冰层的厚度,在载网上铺设碳膜,平均不同取向的颗粒数,使蛋白颗粒的优势取向得到改善。

  • 图二 Glucagon-GCGR-Gs-Nb35复合物Cryo-EM图像
  • 图三 Glucagon-GCGR-Gi1-scfv16复合物Cryo-EM图像

结构解析

通过数据处理和三维重构,得到glucagon-GCGR–G蛋白复合物的结构信息。

图四 Glucagon-GCGR–G蛋白复合物的整体结构
(A, B) glucagon-GCGR-Gs-Nb35复合物的结构,分辨率为3.7 Å; (C, D) Glucagon-GCGR-Gi1-scfv16复合物的结构,分辨率为3.9 Å
参考文献:
1.Qiao A, Han S, Li X, Wootten D, Sun F, Zhao Q, Wu B. Structural basis of Gs and Gi recognition by the human glucagon receptor. Science. 2020 Mar 20;367(6484):1346-1352.
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