Paul Scherrer Institute PSI的研究人員已經闡明了信號通路的一個重要部分，它通過細胞膜將信息傳遞到細胞內部。

所有活細胞的內部通過膜與外界隔開。這些膜保持細胞完整，并保護它們免受負面影響。但它們也是營養(yǎng)和信息的障礙。因此，細胞膜含有能夠選擇性地獲取所需物質或將信息從外部信號傳遞到細胞中的機制。

哺乳動物中的一個重要信號通路由三部分組成：第一部分是識別信號并被其激活的受體。第二種是所謂的G蛋白，其與活化的受體結合并將信號傳遞給一種或多種效應蛋白。在這種情況下，效應子是腺苷酸環(huán)化酶，信號鏈的第三個組分。該蛋白質被G蛋白的亞基激活，并在生化反應中產生稱為環(huán)AMP(cAMP)的第二信使。

cAMP引發(fā)細胞內的各種反應;例如，它增加了膜對心臟細胞中鈣的滲透性，導致心跳率增加。

瑞士Villigen的Paul Scherrer研究所的研究人員現在已經在電子顯微鏡的幫助下檢測了一種特殊類型的腺苷酸環(huán)化酶，并且已經生成了迄今為止這種膜蛋白最詳細的圖像。

有幫助的自我克制

“要了解細胞中的信號通路是如何工作的，首先要了解所涉及的成分是什么樣的細節(jié)，”PSI生物和化學部門信號轉導機制研究組負責人Volodymyr Korkhov說道。蘇黎世聯邦理工學院生物化學研究所教授。“我們的工作是闡明腺苷酸環(huán)化酶在cAMP信號鏈中的確切功能的重要貢獻。”

“令人驚訝的是，在確定與G蛋白的α亞基結合的腺苷酸環(huán)化酶的結構時，我們發(fā)現該蛋白質似乎能夠抑制自身，”Korkhov說。蛋白質的一部分負責這種自我抑制。該部分阻斷酶的活性位點并防止cAMP的過量產生。

對腺苷酸環(huán)化酶的分子結構的這種新見解提供了對外部信號如何導致重要的第二信使cAMP的受控生產的更好理解。細胞中cAMP的濃度在心血管疾病，某些腫瘤和2型糖尿病的發(fā)展中起重要作用。Korkhov解釋說：“將來，我們的新研究結果可以確定抑制或激活腺苷酸環(huán)化酶的藥物，這取決于是否過量產生或缺乏cAMP是導致疾病的原因。”

低溫顯微鏡檢查

研究人員使用低溫電子顯微鏡(cryo-EM)獲得了他們的結果。這種形式的透射電子顯微鏡在低于-150攝氏度的溫度下操作。待檢測的樣品在液體乙烷中快速冷凍，保持其天然結構。這種方法，即2017年頒發(fā)的諾貝爾化學獎，越來越多地用于生物結構的研究。“深入了解腺苷酸環(huán)化酶的結構令人興奮，”Korkhov實驗室博士候選人，該研究的第一作者Chao Qi說。“這種蛋白質的結構自發(fā)現以來幾十年來一直難以捉摸，我很高興能夠在我的博士研究過程中用cryo-EM闡明這種結構。”

PSI研究人員在調查中獲得的分辨率為3.4埃。埃是百萬分之一毫米。孤立的原子半徑為0.3至3埃。

研究人員現已將他們的發(fā)現發(fā)表在科學期刊“科學”上。