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G 蛋白偶聯受體 (GPCR) 是人體的資訊傳遞者，是關鍵的蛋白質，其普遍重要性已透過2012 年諾貝爾化學獎得到證實。正如我在一篇博文中提到的那樣，該博文是在獎項公佈後撰寫的，GPCR 幾乎參與了您能想到的所有生理過程，從感知顏色、味道和氣味，到神經遞質和激素的作用。此外，它們還具有巨大的商業重要性，大約 30% 的上市藥物與這些蛋白質結合並調節其功能。這些藥物包括從抗抑鬱藥到降血壓藥物等各種藥物。
但是 GPCR 也出了名的難以研究。它們很難從其保護性脂質細胞膜中分離出來，很難結晶，也很難誘使其放棄分子秘密。授予諾貝爾獎的原因之一是兩位研究人員——羅伯特·萊夫科維茨和布萊恩·科比爾卡——完善了分離、穩定、結晶和研究這些複雜蛋白質的技術。但還有很長的路要走。幾乎有800 種 GPCR，其中在過去十年左右的時間裡“僅”結晶了 16 種。此外，所有研究過的 GPCR 都來自所謂的 A 類家族。還有五個類別有待破譯，其中包含許多重要的受體，包括參與嗅覺的受體。顯然，我們需要很長時間才能掌握大多數這些重要蛋白質。
幸運的是，GPCR 研究人員意識到了一些重要的事情；那就是許多 GPCR 具有相似的氨基酸序列。如果您知道哪些實驗條件適用於一種蛋白質，也許您可以將相同的條件用於另一種相似的 GPCR。即使對於不相似的蛋白質，也可以根據現有的知識進行引導。基於相似性，您還可以為相關的蛋白質構建計算機模型。最後，您可以使用像藥物這樣的小有機分子，基本上充當夾子，幫助穩定和結晶 GPCR。
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但是，所有這些知識都代表著分佈廣泛的工作成果，分散在世界各地研究人員的實驗室中，並有望被他們為了自身利益而隔離。這些單獨工作的研究人員不僅在弄清楚研究蛋白質的正確條件方面面臨著艱苦的戰鬥，而且還面臨著重複發明輪子和複製其他實驗室條件的風險。所有這些研究人員提出的核心問題是，像藥物這樣的小分子與 GPCR 外部的結合如何導致訊號傳輸到內部？
進入GPCR 網路，這是一種協作科學的模式，有望成為其他類似努力的良好藍圖。該網路是透過美國國家普通醫學科學研究所於 2010 年提供資助機會而建立的，其目標是在未來五年內對 15-25 個 GPCR 進行結構表徵。這項工作的基地位於拉霍亞的斯克裡普斯研究所，至少有十幾個學術和工業實驗室參與其中。
那麼這個網路是如何運作的呢？該網路的想法來自於認識到世界上有數百名 GPCR 研究人員。每個人都是特定 GPCR 的專家，但每個人基本上都是單獨工作的。該網路所做的是利用一位研究人員實驗室的專業知識，並將其應用於另一個實驗室中類似的 GPCR（在這種情況下，存在定義“相似性”的技術標準）。實驗室之間可以共享各種非常有用的協議、想法和裝置。這種共享減少了冗餘協議，節省了資金，並比單獨實現更快地加速了新的 GPCR 難題的解決。
例如，穩定 GPCR 的一種常用策略是用抗體標記它，抗體基本上將蛋白質固定在一起。適用於一種 GPCR 的抗體可以借給正在研究另一種具有相似氨基酸序列的 GPCR 的研究人員。或者，可能有一位化學家發現了一種新分子，該分子與特定的受體結合非常緊密。該網路會將他與一位晶體學家聯絡起來，晶體學家可以使用該分子從其他蛋白質的湯中撈出該 GPCR 並使其結晶。一旦晶體學家使用該分子解析了蛋白質的結構，他或她就可以將該結構傳送給計算機建模人員，後者可以使用它為另一種特別頑固的 GPCR 構建結構，而該 GPCR 無法結晶。計算機模型可能會解釋一位使用新型儀器技術的網路研究員的一些意外觀察結果。然後，這項新技術將與所有人共享，以供進一步研究。
因此，這裡發生的事情是，來自生物化學家、有機化學家、晶體學家和計算機建模人員的個體知識庫——他們中的任何一個人都無法獨自取得很大進展——被合併在一起，以提供一些重要 GPCR 的完整圖景。包括蛋白質分離、純化、結構測定和建模在內的整個協議流程也充當反饋迴圈，一個步驟的見解不斷地告知和豐富其他步驟。這很好地說明了協作和開放研究如何加速重要的研究並節省時間和金錢。值得這些科學家讚揚的是，他們沒有將寶貴的試劑和技術秘而不宣，而是為了所有人的利益而分享它們。
自啟動並執行三年以來，GPCR 網路利用了許多 GPCR 專家的專業知識，產生了對重要 GPCR 結構和功能的見解。其協作努力在短短兩年內產生了八個蛋白質結構。其中包括介導咖啡因作用的腺苷受體、作為嗎啡靶點的阿片受體以及與多巴胺結合的多巴胺受體。每項合作都涉及至少來自三到四個實驗室的十幾位研究人員，每個實驗室都運用其特定的專業領域。令人欣慰的是，也有一些工業實驗室參與了這項工作，我們可以希望，即使製藥行業變得更具協作性，這個數字也會增加。
還值得注意的是，該網路由 NIGMS 資助，該機構一直受到預算和人員削減的隨意影響。該機構現在負責一項工作，該工作不僅加速了基礎生物學領域的研究，而且還有助於更好地理解現有和未來的藥物。正在尋求驗證基礎的、好奇心驅動的科學研究以及資助理由的科學家、政治家和公眾成員不應該再去尋找了。