欧洲同步辐射设施(ESRF)的Titan Krios低温电子显微镜(cryo-EM)于2017年正式启用,由欧洲分子生物学实验室(EMBL)、结构生物学研究所研究所(IBS)以及Lauit-Langevin研究所(ILL)联合运营。2018年10月,基于Cryo-EM采集到的数据,研究团队在《自然》杂志发表5-羟色胺受体构象转变研究成果,描述了5-羟色胺受体的激活周期,有助于开发控制由化疗、放疗引起恶心的药物。
ESRF负责设施运营的科学家称:“这是基于Titan Krios发表的第一篇文章,展现了Cryo-EM引领结构生物学发展的演变”。研究人员现在可以借助cryo-EM冻结生物分子(包括医学上具有重要意义的膜蛋白)的不同构象,实现原子级成像,还可以拍摄快照,观察蛋白质与其他分子相互作用,开展蛋白质动力学研究,加深对生命化学过程的基本了解,获取有助于药物研发的重要数据。
发表在《自然》上的这项研究是由结构生物学研究所、法国原子能和替代能源委员会(CEA)、法国国家科研中心(CNRS)、生物科技公司Theranyx等机构的的科学家合作完成,重点研究5-HT3受体的激活周期。该受体属于血清素受体家族,影响各种生物和神经过程,例如焦虑、食欲、情绪、恶心、睡眠和体温调节等。与其他血清素受体(G蛋白偶联受体)不同,5-HT3是一种神经递质门控离子通道,在激活过程中会改变其构象,它存在于大脑以及肠道神经系统(即驱动消化道的周围神经系统)中。
5-HT3是药物的靶目标,制药公司已对它进行了广泛的研究,例如,将其应用在止吐药物中,用于控制患者接受化疗和/或放疗时产生的恶心和呕吐等副作用。“但直到最近我们才获得了它的原子级数据,这要归功于低温电子显微镜以及其他技术的发展”,论文的主要作者Hugues Nury解释道。
研究结果显示受体5-HT3有四种不同的构象。其中三个的图像是由瑞士的细胞成像和纳米分析中心获得的,ESRF的Cryo-EM提供了第四个构象,最终使我们能完全理解5-HT3的激活机制。这些受体图像有助于设计更有效的止吐药物,使正在接受癌症治疗的患者受益。研究人员称“这些结果有助于我们了解5-HT3的表现,为文献中描述的无数突变提供分析框架:可以观察受体的位置、如何运动、为何突变有时可以改变受体功能等”。