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G蛋白偶联受体(guanine-binding protein-coupled receptor，GPCR)是人体内最大的膜受体家族，同时也是市场上份额最大的药物靶标，目前40％以上的上市药物靶向GPCR。然而，和其它膜蛋白一样，GPCR也面临着稳定性差，表达量低，易失活等难题。在体内，GPCR在细胞膜上维持其构象与生物学功能，当其离开细胞膜环境时，一个合适的体外类膜环境对保持GPCR的稳定性和蛋白活性异常重要。 磷脂纳米盘（Nanodisc）由磷脂双分子和经过改造后的膜支架蛋白（membrane scaffold proteins，MSPs）组成，具有由两层MSP蛋白包绕在磷脂双分子层外周的圆盘状结构。MSP蛋白来源于载脂蛋白A1(apolipoprotein A-1，ApoA-1)，是人体内高密度脂蛋白的重要组成部分。Nanodisc技术为膜蛋白提供了非常稳定的类膜环境，被nanodisc包裹的膜蛋白能够维持其正常生物学功能。同其它人造类膜体系如去垢剂，磷脂-去垢剂胶束(Bicelle)或者脂质体相比，nanodisc还具有可溶和尺寸可控等优点。改造过的MSP蛋白能与磷脂在合适比例下自发组装成不同大小的nanodisc，从而形成尺寸可控的类膜体系，用于包裹不同尺寸的GPCRs。Nanodisc另一个优势在于其可在无去垢剂存在的情况下用常规的层析方法进行膜蛋白纯化，操作更为方便省时，因此nanodisc也适用于GPCR配体结合以及与G蛋白相互作用等研究。到目前为止，nanodisc已经广泛用于膜蛋白生化，以及结构和功能等领域的研究。相信随着nanodisc技术的广泛发展，这项工具无疑将成为膜蛋白研究的利器。 本论文拟利用nanodisc这一工具的优势，设计新型的膜支架蛋白，并用其进行nanodisc的组装。组装好的nanodisc进一步进行GPCR的装配，用于进一步GPCR的冷冻电镜结构解析和功能分析，为实验室nanodisc技术与GPCR等膜蛋白结合提供理论指导，也为药物研发提供一定的理论依据。 在本论文中，通过对9个物种ApoA-1基因的序列比对，创新性的设计了一条ApoA-1的共有序列(consensus)，并证明consensus ApoA-1的表达优于其余9个物种的ApoA-1;进一步筛选融合标签，确定C末端His标签用于后续MSP的大规模纯化和nanodisc组装;确定了1∶60的consensus ApoA-1:大豆磷脂的最佳组装比例，并进行了磷脂种类筛选，验证了其可用于nanodisc的组装;设计并构建了consensus MSP1D1和MSP1D1ΔH5等consensus ApoA-1不同截短突变体;确定consensus MSP1D1更适合GPCR的nanodisc组装;最终成功利用consensus MSP1D1突变体组装获得了nanodisc;以神经降压素受体1（neurotensin receptor-1，NTSR1）和五羟色胺受体1B亚型(5-hydroxytryptamine receptor，5-HT1BR)为模型受体，实现了nanodisc与GPCR的组装，并进一步证实nanodisc相对于传统去垢剂显著提高了GPCR的热稳定性。本论文所设计构建的consensus ApoA-1及其组装的nanodisc将为GPCR及其他膜蛋白的冷冻电镜结构解析提供重要的研究工具。