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G蛋白偶聯(lián)受體固有活性為新藥開發(fā)提供新思路

醫(yī)案日記 2023-06-19 23:22:34

G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)是人體內(nèi)最大的膜受體蛋白家族

,是一類具有7個跨膜螺旋的跨膜蛋白受體
,GPCR的結(jié)構(gòu)特征和在信號傳導(dǎo)中的重要作用決定了其可以作為很好的藥物靶標(biāo)。近來研究發(fā)現(xiàn)
,大多數(shù)G蛋白偶聯(lián)受體具有一個很重要的特性——固有活性,即在無激動劑條件
,受體固有的維持激活并維持下游信號傳導(dǎo)通路的活性
。G蛋白偶聯(lián)受體固有活性為新藥開發(fā)提供了新的視點,反相激動劑開發(fā)
、基因敲除/敲入治療技術(shù)、固有激活受體技術(shù)是根據(jù)G蛋白偶聯(lián)受體固有活性進(jìn)行新藥開發(fā)的三個重要方面

反相激動劑

在G蛋白偶聯(lián)受體固有性活性中

,激動劑可增加基礎(chǔ)G蛋白及效應(yīng)系統(tǒng)的活性
,拮抗劑可對基礎(chǔ)活性無效應(yīng),反相激動劑可降低G蛋白基礎(chǔ)活性
。相當(dāng)多的G蛋白偶聯(lián)受體具有反相激動劑。反相激動劑對于具固有活性的G蛋白偶聯(lián)受體所造成的疾病有治療價值,例如
,KSHV-G蛋白偶聯(lián)受體的反相激動劑可用于治療卡波濟(jì)肉瘤
。但是,現(xiàn)有的反相激動劑蛋白質(zhì)特性限制了它們的臨床應(yīng)用

目前,具有固有活性的PTH-PTHrPR突變體的反相激動劑已經(jīng)被鑒定出

,這種化合物可能用來治療干骺端軟骨發(fā)育異常
。反相激動劑對促甲狀腺素受體(TSHR)和促黃體生成素受體(LHR)的作用可分別用來治療甲狀腺功能亢進(jìn)癥以及青春期早熟
。與阻礙固有活性功能相比
,反相激動劑在恢復(fù)正常的GPCRs的功能上更加重要。

基因敲除/敲入技術(shù)

能導(dǎo)致疾病的GPCR突變體在另一方面也有治療價值

,在PTH/PTHrP基因敲除老鼠中,具固有活性PTH-PTHrPR的特定表達(dá)能拯救PTH/PTHrP缺陷的實驗鼠
。所以
,有固有活性的GPCR突變體能彌補(bǔ)相應(yīng)受體的激素缺陷。在基因表達(dá)上
,具固有活性的GPCR突變體基因敲入是一種使內(nèi)源性配體(如胰島素)下調(diào),從受體激活上直接考慮的很有前景的基因治療方法
?div id="m50uktp" class="box-center"> ;谏鲜霭l(fā)現(xiàn)
,具固有活性的GPCR突變體基因敲入不失為一種相應(yīng)的激素替代治療方法
。這種替代治療對于那種應(yīng)用費(fèi)用昂貴的激素,或激素給藥吸收困難的患者更加有實際意義
。基因載體技術(shù)的發(fā)展使這種治療用于臨床更加有可能

固有激活受體技術(shù)

因為G蛋白偶聯(lián)受體是極具吸引力的藥物治療靶點

,幾十年來,世界各國的醫(yī)藥公司都傾注全力開發(fā)這類受體靶點
。目前,幾百種新鑒定出的G蛋白偶聯(lián)受體為新藥
,特別是為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的新藥開發(fā)提供了充足的機(jī)會
,這些新鑒定的受體可成為21世紀(jì)新藥開發(fā)的重點。

但是對于這些受體

,研究者面臨兩大問題:一是如何鑒定特定疾病過程相關(guān)的所有G蛋白偶聯(lián)受體類型
,及區(qū)分不同G蛋白偶聯(lián)受體亞型藥理和信號傳導(dǎo)的差異;二是如何找到通過立體結(jié)構(gòu)分析設(shè)計選擇性的G蛋白偶聯(lián)受體調(diào)節(jié)因子的方法
。為了解決這些問題,產(chǎn)生了新的鑒定小分子藥物與G蛋白偶聯(lián)受體作用的固有激活受體技術(shù)(CART)篩選方法
,利用這種方法可以在不需要使用內(nèi)源性配體的條件下篩選藥物

通過基因序列以及與內(nèi)源性配體相互作用的能力已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了將近160種G蛋白偶聯(lián)受體

。為了找到這些潛在藥物靶點的配體
,需要鑒定出一大類的與特定疾病過程相關(guān)的G蛋白偶聯(lián)受體,并分出各種G蛋白偶聯(lián)受體亞型的藥理和信號傳導(dǎo)差異
。而這種高通量篩選需要一種與沒發(fā)現(xiàn)內(nèi)源性配體的孤兒受體結(jié)合的小分子配體的技術(shù),這種技術(shù)涉及用有固有活性的G蛋白偶聯(lián)受體來鑒定幾類藥理分子
,包括激動劑
、反相激動劑和受體異構(gòu)調(diào)節(jié)分子,而G蛋白偶聯(lián)受體胞外所有跨膜環(huán)都是配體和藥物作用區(qū)域

這種技術(shù)可以實現(xiàn)內(nèi)源性配體未知的受體信號通路的激活,在沒有內(nèi)源性配體結(jié)合的情況下

,G蛋白偶聯(lián)受體仍能固有激活二級信號反應(yīng)通路
。這種技術(shù)的關(guān)鍵是改變G蛋白偶聯(lián)受體的遺傳結(jié)構(gòu)
,導(dǎo)致受體產(chǎn)生穩(wěn)定激活的狀態(tài)

利用這種方法,穩(wěn)定激活的G蛋白偶聯(lián)受體細(xì)胞模型還可用于篩選調(diào)節(jié)下游信號通路的小分子

。篩選出這些小分子可進(jìn)一步用作驗證受體功能和與疾病關(guān)系的藥理學(xué)工具
,這些小分子最終還可能成為藥物設(shè)計及新治療方法開發(fā)的先導(dǎo)化合物

CART篩選方法的好處在于:首先

,它可模仿配體結(jié)合受體后啟發(fā)的生物反應(yīng),而這種模仿可以在不知道內(nèi)源性配體的情況下進(jìn)行
,這使得從基因序列鑒定到小分子篩出的藥物開發(fā)過程加速。其次
,非配體依賴的這種技術(shù)為G蛋白偶聯(lián)受體的變構(gòu)調(diào)節(jié)因子提供了開發(fā)平臺
。因為CART不需要使用天然配體
,因而就沒有候選藥物一定要結(jié)合到配體結(jié)合部位的限制
。除了配體結(jié)合部位,其他調(diào)控因子作用于受體其他變構(gòu)部位對整個信號通路的影響都可檢測到

與由于自然突變引發(fā)的受體固有活性有關(guān)的人類疾病

,包括視網(wǎng)膜炎
、先天性夜盲(視紫紅質(zhì)突變)
、家族性甲亢(TSH受體突變)、低血鈣(鈣受體突變)
、軟骨發(fā)育不良(副甲狀腺受體突變)等。反相激動劑是治療這類疾病的潛在藥物
,目前
,有一些反相激動劑治療藥物正處于開發(fā)階段。

表達(dá)有固有活性的β2腎上腺素受體的轉(zhuǎn)基因老鼠表現(xiàn)出心血管變異

,而這種變異只能用反相激動劑才能逆轉(zhuǎn)。另外
,近來Morisset等兩種組胺H3受體異型表現(xiàn)出固有活性
。用降低這種固有活性的藥物處理后,研究人員發(fā)現(xiàn)
,正常的嚙齒類動物腦內(nèi)H3受體具有固有活性,這種固有活性還控制組胺神經(jīng)體外實驗的神經(jīng)活動
。對μ-阿片受體
、δ-阿片受體的研究均表明,它們均具有固有活性并具有相應(yīng)的反相激動劑
,激動劑處理誘導(dǎo)小鼠成癮以后,根據(jù)這些受體固有活性的變化
,篩選出相應(yīng)的反相激動劑或具有μ-激動
、δ-反相激動或者其他組合
,并研究其相應(yīng)的信號通路改變
,具有重要意義。

目前的證據(jù)表明

,反相激動劑可治療由于受體過表達(dá)引起的高基礎(chǔ)活性有活性而導(dǎo)致的疾病
,隨著CART等技術(shù)的成熟,對反相激動劑必然會有更廣泛的研究
,其前景廣闊

通過聚蛋白偶聯(lián)通路發(fā)揮作用的是

發(fā)揮作用的有腎上腺素。G蛋白耦聯(lián)受體

,又稱七個螺旋跨膜蛋白受體,是體內(nèi)最大的蛋白質(zhì)超家族
。該類受體對多種激素和神經(jīng)遞質(zhì)作出應(yīng)答
,配體主要包括生物胺、感覺刺激(如光和氣味等)
、脂類衍生物、肽類
、糖蛋白
、核苷酸、離子和蛋白酶等
。GPCRs因能結(jié)合和調(diào)節(jié)G蛋白活性而得名。大多數(shù)的GPCRs的確是通過G蛋白來調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的信號傳遞
,但也有研究發(fā)現(xiàn)有些GPCRs通過酪氨酸激酶
、Src
、Stat3等途徑來傳遞信息
,與細(xì)胞增殖、細(xì)胞轉(zhuǎn)化有關(guān)

說明g蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號通路!簡潔的~急?div id="d48novz" class="flower left">

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G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號通路:

胞內(nèi)部分有G蛋白結(jié)合區(qū)

。G蛋白α
,β,γ三種亞單位組成的三聚體
,靜息狀態(tài)時與GDP結(jié)合.當(dāng)受體激活時GDP-αβγ復(fù)合物在Mg2+參與下
,結(jié)合的GDP與胞質(zhì)中GTP交換
,GTP-α與βγ分離并激活效應(yīng)器蛋白
,同時配體與受體分離。

α亞單位本身具有GTP酶活性

,促使GTP水解為GDP,在與βγ亞單位形成G蛋白三聚體恢復(fù)原來的靜息狀態(tài)

G蛋白偶聯(lián)受體的結(jié)構(gòu)特點:

G蛋白偶聯(lián)受體均是膜內(nèi)在蛋白(Integralmembraneprotein)

,每個受體內(nèi)包含七個α螺旋組成的跨膜結(jié)構(gòu)域,這些結(jié)構(gòu)域?qū)⑹荏w分割為膜外N端(N-terminus)
,膜內(nèi)C端(C-terminus),3個膜外環(huán)(Loop)和3個膜內(nèi)環(huán)
。受體的膜外部分經(jīng)常帶有糖基化修飾

膜外環(huán)上包含有兩個高度保守的半胱氨酸殘基,它們可以通過形成二硫鍵穩(wěn)定受體的空間結(jié)構(gòu)

。有些光敏感通道蛋白(Channelrhodopsin)和G蛋白耦聯(lián)受體有著相似的結(jié)構(gòu),也包含有七個跨膜螺旋
,但同時也包含有一個跨膜的通道可供離子通過

擴(kuò)展資料

G蛋白偶聯(lián)受體的分類:

根據(jù)對人的基因組進(jìn)行序列分析所得的結(jié)果,人們預(yù)測出了近千種G蛋白耦聯(lián)受體的基因

。這些G蛋白耦聯(lián)受體可以被劃分為六個類型,分屬其中的G蛋白耦聯(lián)受體的基因序列之間沒有同源關(guān)系

A類(或第一類

,視紫紅質(zhì)樣受體)

B類(或第二類

,分泌素受體家族)

C類(或第三類

,代謝型谷氨酸受體)

D類(或第四類

,真菌交配信息素受體)

E類(或第五類,環(huán)腺苷酸受體)

F類(或第六類

,F(xiàn)rizzled/Smoothened家族)

其中第一類即視紫紅質(zhì)樣受體包含了絕大多數(shù)種類的G蛋白耦聯(lián)受體

。它被進(jìn)一步分為了19個子類A1-A19

最近

,有人提出了一種新的關(guān)于G蛋白耦聯(lián)受體的分類系統(tǒng),被稱為GRAFS
,即谷氨酸(Glutamate),視紫紅質(zhì)(Rhodopsin)
,粘附(Adhesion)
,F(xiàn)rizzled/Taste2以及分泌素(Secretin)的英文首字母縮寫。

一些基于生物信息學(xué)的研究著眼于預(yù)測那些具體功能尚未明了的G蛋白偶聯(lián)受體的分類

。研究者使用被稱為偽氨基酸組成的方法利用G蛋白偶聯(lián)受體的氨基酸系列來預(yù)測它們在生物體內(nèi)可能的功能以及分類。

-G蛋白偶聯(lián)受體

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