导读
与许多生理反应密切相关的G蛋白偶联受体（GPCRs）通常以单体形式进行研究。然而，一些GPCRs可以形成异源二聚体，揭示了它们在配体结合特性、下游信号传导途径和细胞转运等功能特性方面的复杂性。理解GPCR异源二聚体对于生理学研究和药物开发至关重要。本文回顾了研究GPCR异源二聚体物理相互作用的方法，包括共免疫沉淀、接近连接实验、干扰肽方法以及基于共振能量转移和分子荧光互补的活细胞成像技术。此外，本文还讨论了近年来在探索GPCR异源二聚体功能特征方面的活细胞成像技术进展，例如基于环状突变荧光蛋白的GPCR传感器、TRUPATH技术和基于纳抗体的GPCR传感器。这些先进的传感器和活细胞成像技术为深入理解GPCR异源二聚体提供了新的可能，促使我们重新评估其生理学重要性和药理学意义。
图文摘要
01. 检测GPCR异源二聚体物理相互作用的实验方法
图1. 检测GPCR异源二聚体物理相互作用的实验方法。用于检测GPCR异源二聚体形成的实验策略示意图，例如共免疫沉淀（co-IP）（a）；接近连接实验（PLA）（b）；基于FRET的检测方法（c）；基于BRET的检测方法（d）；基于BiFC的检测方法（e）；以及利用融合TAT肽的GPCR跨膜（TM）肽序列的干扰跨膜肽方法（f）。
图2. 检测GPCR异源二聚体功能相互作用的实验方法。a 竞争性放射配体结合实验的示意图。GPCR异源二聚体的形成可能导致配体结合特性的变化；b 使用cpFP基因型GPCR传感器检测GPCR构象变化的示意图。GPCR异源二聚体形成后，构象变化会导致传感器荧光强度的变化；c TRUPATH实验的示意图，该实验能够基于荧光素酶与荧光蛋白之间的BRET变化检测G蛋白的激活。GPCR异源二聚体形成后，G蛋白激活的变化会导致TRUPATH实验中BRET的变化。
图3. 检测GPCR异源二聚体形成引起的GPCR信号通路变化的实验方法。a GPCR下游信号通路概述。图示了GPCR下游信号通路的示意图。激活的GPCR与由三种亚基（Gα、Gβ、Gγ）组成的异三聚体G蛋白相互作用。Gα亚基被分为四个亚家族：Gαs、Gαi、Gαq和Gα12/13。Gαs和Gαi可以调控cAMP-PKA-CRE通路。Gαq调控细胞内钙离子水平以及PLC-Ca2+-NFAT或PLC-IP3-NF-κB通路。Gα12/13启动Rho鸟苷酸交换因子（RhoGEF）和RhoA-与Rho相关的蛋白激酶（ROCK）-血清反应因子（SRF）通路的激活；b 基于荧光素酶的实验示意图。该原理用于测量cAMP水平或转录因子的水平；c Western blot实验用于测量GPCR信号蛋白的表达或磷酸化水平。d 免疫染色方法用于可视化和定量GPCR信号蛋白的定位和磷酸化水平；e 代表性的基于纳抗体的GPCR传感器设计。带有荧光蛋白标记的纳抗体选择性地与激活的GPCR结合，允许可视化活性GPCR的位置。
本文亮点
G蛋白偶联受体（GPCR）异源二聚体的发现揭示了其功能特性的新层次复杂性。
本文回顾了多种研究GPCR异源二聚体物理相互作用及其功能变化的方法和活细胞成像技术。
基于荧光蛋白的传感器等活细胞成像技术为深入理解GPCR异源二聚体提供了新的可能，促使我们重新评估其生理学重要性和药理学意义。
作者：赵月棠
审核：方 俊
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https://link.springer.com/article/10.1007/s44258-024-00029-z
引用格式
Kim, H., Lee, H. & Seong, J. Unveiling the complexity of G protein-coupled receptor heteromers: advances in live cell imaging technologies and biochemical methods. Med-X 2, 16 (2024). https://doi.org/10.1007/s44258-024-00029-z
作者简介
Hyunbin Kim，首尔大学医学院神经科学研究所。
Jihye Seong，首尔大学医学院药理学系教授。曾在韩国科学技术研究院（KIST）脑科学研究所担任首席研究员。研究领域为基于荧光蛋白的分子生物传感器以及控制蛋白活性的光生化工具。结合活细胞成像技术，这些尖端工具用于研究各种细胞过程的分子机制，尤其是脑功能、神经系统疾病和免疫肿瘤学方面的研究。
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