Getting a Cryo-EM structure of β2AR-Gi1v1, for a better understanding of GPCR-G protein selectivity
(2020) KEMT30 20192Department of Chemistry
- Abstract
- G protein coupled receptors (GPCRs) is the largest superfamily of membrane proteins and convert a multitude of extracellular signals and turn them into intracellular responses by binding and activating just a few G proteins. The mechanism for activation is very conserved and is likely to be similar for all GPCRs and G proteins, but how a vast amount of GPCRs selectively couple to specific G proteins is still unknown. Structural comparison of GPCR coupled to Gs and Gi1 respectively show similarities but also differences in conformational changes and interactions with G proteins upon activation. To this date we do not have structures of one GPCR coupled to different G proteins, structures that would be a corner piece in the puzzle of GPCR-G... (More)
- G protein coupled receptors (GPCRs) is the largest superfamily of membrane proteins and convert a multitude of extracellular signals and turn them into intracellular responses by binding and activating just a few G proteins. The mechanism for activation is very conserved and is likely to be similar for all GPCRs and G proteins, but how a vast amount of GPCRs selectively couple to specific G proteins is still unknown. Structural comparison of GPCR coupled to Gs and Gi1 respectively show similarities but also differences in conformational changes and interactions with G proteins upon activation. To this date we do not have structures of one GPCR coupled to different G proteins, structures that would be a corner piece in the puzzle of GPCR-G protein selectivity. The aim of this project is to solve the structure of β2AR coupled to a modified Gi1 with Cryo-EM in hope of better understanding of GPCR-G protein selectivity. Proteins were expressed using the baculovirus expression vector system and purified with various chromatographic methods. A complex was formed and isolated by SEC and then vitrified for data collection with Cryo-EM. As of now we have no finished structure due to problems during vitrification, but there are high hopes of succeeding with this in the future. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- G protein kopplade receptorer (GPCRs) är en grupp proteiner som sitter tvärsigenom cellernas membran med delar på både utsidan och insidan. Som namnet förtäljer så kopplar dessa receptorer till en annan sorts proteiner, G proteiner, och dessa hittas på insidan av cellen. Tillsammans översätter dom extracellulära signaler till intracellulära vilket till slut resulterar i specifika fysiologiska effekter. Vad effekten blir beror på vilket G protein som aktiveras och i vilken cell det händer. För att en GPCR ska aktiveras och i sin tur aktivera ett G protein behöver en så kallad ligand, vilket ofta är en liten extracellulär signalmolekyl, binda till receptorn på utsidan av cellen. Detta ändrar strukturen på receptorn vilket i sin tur... (More)
- G protein kopplade receptorer (GPCRs) är en grupp proteiner som sitter tvärsigenom cellernas membran med delar på både utsidan och insidan. Som namnet förtäljer så kopplar dessa receptorer till en annan sorts proteiner, G proteiner, och dessa hittas på insidan av cellen. Tillsammans översätter dom extracellulära signaler till intracellulära vilket till slut resulterar i specifika fysiologiska effekter. Vad effekten blir beror på vilket G protein som aktiveras och i vilken cell det händer. För att en GPCR ska aktiveras och i sin tur aktivera ett G protein behöver en så kallad ligand, vilket ofta är en liten extracellulär signalmolekyl, binda till receptorn på utsidan av cellen. Detta ändrar strukturen på receptorn vilket i sin tur resulterar i att den kan binda till G proteinet.
GPCRs utgör en familj med väldigt stor mångfald och i det mänskliga genomet finns det ca 800 gener som kodar för dom. G proteiner däremot finns det inte lika många av. Hur dessa interagerar med varandra är komplext och en sorts G protein kan aktiveras av flera olika GPCRs. En sorts GPCR aktiverar en sorts G protein, så kallad primärt G protein, men kan även aktivera ett (eller flera) sekundärt G protein. Hur GPCRs och G proteiner känner igen varandra är fortfarande något av ett mysterium.
Funktionen av ett protein är starkt kopplat till dess struktur. GPCRs har varit notoriskt svåra att bestämma strukturen på, och ännu svårare har det varit att bestämma den när den är bunden till ett G protein. Framsteg inom metoden Cryo-EM de senare åren har underlättat strukturbestämning av GPCR-G protein komplex, men trots dessa framsteg finns det fortfarande inga strukturer av GPCR kopplat till ett sekundärt G protein. Detta är en viktig pusselbit för att lösa mysteriet hur dom känner igen varandra.
Att lösa detta mysterium är av vikt, dels för en grundläggande förståelse av reglering av livsviktiga fysiologiska processer, men även för utvecklingen av nya och bättre läkemedel. En stor del av läkemedlen på marknaden fungerar som ligander till GPCRs med målet att påverka dom fysiologiska effekter skapade av GPCR-G protein interaktioner.
β2AR är en GPCR som bland annat har adrenalin som naturlig ligand och när det binder till denna receptor i släta muskelceller orsakar det relaxation, något som utnyttjas i bland annat astmamedicin då relaxationen i lungbronkiolerna gör luftvägarna större och underlättar andningen. β2AR är en väl studerad GPCR och har fungerat som något av en modell för den här gruppen proteiner. Strukturen av β2AR i komplex med dess primära G protein var en av det första strukturerna av GPCR-G protein komplex och förhoppningen är att vi med detta arbete ska åstadkomma den första strukturen av β2AR bundet till sitt sekundära G protein i hopp om att få större klarhet i mysteriet hur dessa protein känner igen varandra. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9004771
- author
- Eriksson, Anna LU
- supervisor
- organization
- course
- KEMT30 20192
- year
- 2020
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- keywords
- Protein science, GPCR, β2AR, G protein, Structural Biology, Cryo-EM, Proteinvetenskap
- language
- English
- id
- 9004771
- date added to LUP
- 2020-04-17 14:39:29
- date last changed
- 2020-04-17 14:39:29
@misc{9004771,
abstract = {{G protein coupled receptors (GPCRs) is the largest superfamily of membrane proteins and convert a multitude of extracellular signals and turn them into intracellular responses by binding and activating just a few G proteins. The mechanism for activation is very conserved and is likely to be similar for all GPCRs and G proteins, but how a vast amount of GPCRs selectively couple to specific G proteins is still unknown. Structural comparison of GPCR coupled to Gs and Gi1 respectively show similarities but also differences in conformational changes and interactions with G proteins upon activation. To this date we do not have structures of one GPCR coupled to different G proteins, structures that would be a corner piece in the puzzle of GPCR-G protein selectivity. The aim of this project is to solve the structure of β2AR coupled to a modified Gi1 with Cryo-EM in hope of better understanding of GPCR-G protein selectivity. Proteins were expressed using the baculovirus expression vector system and purified with various chromatographic methods. A complex was formed and isolated by SEC and then vitrified for data collection with Cryo-EM. As of now we have no finished structure due to problems during vitrification, but there are high hopes of succeeding with this in the future.}},
author = {{Eriksson, Anna}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Getting a Cryo-EM structure of β2AR-Gi1v1, for a better understanding of GPCR-G protein selectivity}},
year = {{2020}},
}