G蛋白偶联受体介导的信号转导

G蛋白偶联受体(GPCRs)是细胞表面受体中最丰富的家族成员之一,也是作为靶向治疗里最大的一类靶点。作为对外界刺激的应答,GPCRs能够引起从受体磷酸化级联反应、转录调控到离子通道激活及第二信使产生等多种信号事件。这些信号事件通常会直接或间接的导致下列至少一种变化:细胞大小/形状改变、细胞附着能力改变或细胞增殖动力学改变。因xCELLigence RTCA细胞功能分析仪对这些改变极其敏感,所以它可以精确定量监测GPCR介导的信号转导。RTCA研究不同的G蛋白偶联受体的实验结果如图1所示:

 


图1.RTCA实梯度的组胺、多巴时监测不同浓度胺和5-羟色胺对细胞作用的结果(左图)和RTCA软件自动计算的EC50曲线结果(右图)。为了结果的清晰,此处只展示了几组配体浓度的细胞阻抗监测情况。此数据来源于Yu et al.2006.

表达组胺、多巴胺或5-羟色胺受体的中国仓鼠卵巢细胞暴露于各自的配体上。组胺受体、多巴胺受体和5-羟色胺受体(即通过G蛋白家族的Gaq,Gas,和Gai)分别与各自配体作用都表现出不同浓度梯度的阻抗响应。G蛋白偶联受体拮抗剂可以阻断这些配体介导的反应(数据未显示),表明所观察到的现象反映了GPCR激活的真实过程。通过给定时间点的阻抗值和配体浓度值,即可计算出相应的配体EC50值。值得说明的是,该EC50值与传统检测方法所测定的结果一致。

 

众所周知,单个G蛋白偶联受体可影响多个信号通路,而最近又发现针对单个G蛋白偶联受体的药物可以差异调节不同层级的受体信号转导事件。这种现象被称为“配体偏好信号”或“功能选择性”,它使未来的治疗药物实现特异性生化调节成为可能。

 

然后,G蛋白偶联受体的功能选择性也给药物研发提出了新的技术挑战,因为它使得研究者们很难全面评估一个给定的G蛋白偶联受体-配体相互作用的生化效应。所以,研究者迫切需要一种独特的检测方法,可用于评估每种化合物是如何对G蛋白偶联受体下游通路进行影响的。此外,大多数完整的G蛋白偶联受体介导的信号通路事件在目前都是未知的。因此,研究者们迫切需要更为广泛的、能够评估所有GPCRs输出通道的检测方法。以下是xCELLigence产品满足上述需求的一个例子,在HEK293S细胞中,B2肾上腺素受体(B2AR)经刺激后会引起至少两个不同的信号事件:MEK通路的激活和通过腺苷酸环化酶刺激导致cAMP的积累。用异丙肾上腺素配体刺激B2AR后,CI值明显上升(如图2所示);用腺苷酸环化酶(AC)或MEK抑制剂后,前5min无明显影响,之后CI值便明显下降。这表明第一阶段(前5min)是由单一信号通路引起的而并非是由AC或MEK介导的信号通路引起的。Stallaert和他的同事们就是通过这个全新的B2AR活化观点假设并最终证明了B2AR能够促进钙流事件。

 

 

图2. 利用RTCA曲线分析下游信号通路特异性抑制剂的作用。表达人B2AR的Hek293s细胞单独用异丙肾上腺素配体刺激以及在配体刺激1小时后加入AC和MEK抑制剂的RTCA曲线图。此数据来源于Stallaert et al.2012.

 

xCELLigence®在G蛋白偶联受体检测应用的优势如下:

1 灵活性强:能够检测G蛋白偶联受体激活的结构和功能多样性。

2 应用范围广:可同时筛选所有的G蛋白偶联受体家族,如Gs,Gq,以及Gi和G12 / 13(这通常是很困难的)。

3 全程观察:可实现功能选择性的检测。

4 检测细胞多样化:可测定原代细胞、干细胞或疾病相关的细胞系的内源性G蛋白偶联受体。