强光使人闭眼、花香使人愉悦、美食使人垂涎三尺、黑暗使人心跳加速……在人体的深处，细胞的表面，存在着大量能感知外界信号的G蛋白偶联受体（Gprotein-coupled receptor, GPCR），它们参与调节人类生命活动的方方面面。
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GPCR
是一类具有7次跨膜螺旋的膜蛋白受体，有非常保守的空间结构，其起始端位于细胞膜外侧，而末端位于细胞内侧（图1）。配体与跨膜螺旋组成的“口袋”进行结合，通过跨膜构象的变化，将信息传递到细胞内。配体的性质决定GPCR的状态，起激活作用的配体（激动剂）使受体活化，受体进一步与G蛋白异源三聚体偶联，将配体信号转导进细胞内；而起抑制作用的配体（抑制剂／拮抗剂）使原本活化的受体功能受到抑制。
图1.GPCR的7次跨膜结构示意图
在人体内有超过800个GPCR家族成员，GPCR是最重要的现代药物靶点家族，癌症、糖尿病、心脏病、免疫和感染性疾病、神经与精神疾病等疾病都与之相关，属于药物开发领域的“明星”。目前FDA批准的药物中，约1/3是靶向GPCR的，但是涵盖的GPCR靶点只有100多个，除去另外一半负责嗅觉的靶点，还剩下约300个GPCR潜在药物开发靶点。对这些GPCR进行深入研究和筛选，未来有可能开发出更好的靶向药物。2017年nuture上一篇关于GPCR药物研发的长文中提到现成的GPCR药物靶点均被10.3个不同的药物靶向，这意味着已有靶点空间接近饱和，开发新药需要发现新的能够成药的受体。该文前景与展望中提到，未来GPCR药物研发要解决的关键问题之一是需要改进疾病模型和借助如CRISPR/Cas9基因编辑技术[1]这样的基因编辑系统来进行药物靶标确认（target validation）。作为近年来最炙手可热的基因编辑技术，CRISPR/Cas9与GPCR药物靶点的研究与发展有哪些联系呢？今天小源给大家介绍一些相关的应用案例。
应用案例
● 验证GPRC6A是开发前列腺癌拮抗剂的潜在治疗靶点
● 通过基因编辑对GIPR/GLP-1R双激动剂的不同受体进行活性验证
● 对经典的β2AR靶点用遗传方法进行验证，补充强有力的药理学证据
基因编辑技术应用于GPCR研究的案例还有很多，比如通过GPCR的sgRNA敲除文库负向筛选促进病毒感染的基因，又如通过CRISPR/Cas9技术在感兴趣的GPCR基因上打上一个标签。Horioka等人[5]在HEK293细胞CXCR4基因N端敲入NLuc的一个片段—LgBiT (an 18-kDa protein)，同时在β-arrestin2的C端敲入了NLuc的另一个片段-SmBiT (an 11-amino-acid-residue peptide)，两者靠近后可以发出荧光，用于筛选CXCR4的激动剂配体。
GPCR家族仍有许多秘密未被我们探知，在药物靶点研发方面有着巨大潜力，有望为各大疾病治疗提供新希望。而随着CRISPR/Cas9技术的发展，我们可以借助其更快捷地获得细胞模型以研究GPCR、进行药物靶点验证及高通量筛选，加快GPCR开发步伐。
参考文献：
[1] Hauser A S, Attwood M M, Rask-Andersen M, et al. Trends in GPCR drug discovery: new agents, targets and indications[J]. Nature reviews Drug discovery, 2017, 16(12): 829-842.
[2] Ye R, Pi M, Cox J V, et al. CRISPR/Cas9 targeting of GPRC6A suppresses prostate cancer tumorigenesis in a human xenograft model[J]. Journal of Experimental & Clinical Cancer Research, 2017, 36(1): 1-13.
[3] Naylor J, Suckow A T, Seth A, et al. Use of CRISPR/Cas9-engineered INS-1 pancreatic β cells to define the pharmacology of dual GIPR/GLP-1R agonists[J]. Biochemical Journal, 2016, 473(18): 2881-2891.
[4]Galaz-Montoya M, Wright S J, Rodriguez G J, et al. β2-Adrenergic receptor activation mobilizes intracellular calcium via a non-canonical cAMP-independent signaling pathway[J]. Journal of Biological Chemistry, 2017, 292(24): 9967-9974.
[5]Horioka M, Huber T, Sakmar T P. Playing Tag with Your Favorite GPCR Using CRISPR[J]. Cell Chemical Biology, 2020, 27(6): 642-644.
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