细胞之谜:赵岩研究组揭开甘氨酸转运蛋白底物识别的秘密。

2024-03-22 生活常识 关注公众号
甘氨酸是中枢神经系统的重要神经递质,过高的甘氨酸浓度可能导致神经系统疾病。GlyT1是大脑神经网络中的关键酶,负责监控和调节甘氨酸的浓度。然而,由于GlyT1与NMDA受体高度共定位,抑制GlyT1可以增加突触间隙的甘氨酸浓度,促进NMDA受体激活,从而可能有助于治疗精神分裂症。

▎药明康德团队  

甘氨酸

是中枢神经系统中重要的神经递质。在甘氨酸能神经元的抑制性突触中,甘氨酸通过激活甘氨酸受体,控制呼吸节律、肌张力、运动协调并参与中枢神经系统的早期发育;在谷氨酸能神经元的兴奋性突触中,甘氨酸作为共激动剂参与NMDA受体的激活,调控学习与记忆活动。

突触间隙中的甘氨酸浓度由两种

甘氨酸转运蛋白(glycine transporter, GlyT)GlyT1和GlyT2进行调控,以保证突触前和突触后活动的严格平衡。GlyT1和GlyT2在神经网络中的分布和功能不同。在抑制性神经元的突触间隙中,甘氨酸主要由GlyT2回收,而在兴奋性神经元的突触间隙中,NMDA受体附近甘氨酸的浓度主要由GlyT1调节。

精神分裂症(schizophrenia)是一种高致残率的精神疾病,至少困扰世界上约1%的人口。其临床特征为阳性症状(幻觉、妄想)、阴性症状(情绪扁平、社交失能)和认知障碍。阳性症状目前已有临床药物进行治疗,而长期影响患者社会功能和生活质量的阴性症状和认知障碍仍缺乏有效的治疗手段。

图片来源:123RF

大量研究支持NMDA受体的功能减退是致病机制之一,增强NMDA受体的功能有潜力治疗精神分裂症阴性症状和认知障碍。虽然直接口服NMDA受体激动剂甘氨酸可以显著减轻阴性症状、改善认知能力,但由于用药剂量高、治疗窗口期窄、中枢神经系统渗透率差、以及伴随而来的副作用和潜在的药物相互作用等而应用受限。

由于GlyT1与NMDA受体高度共定位,抑制GlyT1可以提高突触间隙的甘氨酸浓度,促进NMDA受体激活。因此,GlyT1被认为是治疗精神分裂症的关键靶点之一,多家制药企业开发了选择性抑制GlyT1的化合物作为精神分裂症的候选治疗药物,并开展了大量临床研究。而探究GlyT1底物识别、离子结合、构象变化以及与其它临床试验药物分子之间的构效关系,有助于加速靶向GlyT1的药物开发进程。

2024年3月21日,中国科学院生物物理研究所赵岩研究组在《细胞》(

Cell)发表了题为“Transport mechanism and pharmacology of the human GlyT1”的研究论文。研究人员解析了人源全长野生型GlyT1转运过程中的三种不同构象,并鉴定了底物甘氨酸、基于肌氨酸(sarcosine based)的抑制剂ALX-5407以及基于非肌氨酸(non-sarcosine based)的抑制剂SSR504734和PF-03463275共四种配体的结合位点,

首次阐明GlyT1的底物识别和三种抗精神分裂候选药物选择性抑制GlyT1的机制。

GlyT1所属的SLC6家族神经递质转运蛋白的功能都依赖钠离子和氯离子。研究团队在分辨率为2.6 Å的封闭态GlyT1电镜结构中发现了底物甘氨酸的结合,同时鉴定了共转运的一个氯离子与两个钠离子的结合位点,阐释了底物与离子结合及转运的偶联关系。通过对比其他神经递质转运蛋白的中央结合腔及离子结合位点,研究团队识别出其中的关键差异残基,并对构成GlyT1底物和离子结合口袋的保守残基和差异残基进行了功能鉴定。

▲GlyT1生理和药理的分子机制

(图片来源:参考资料[1])

研究团队全面揭示了决定这些化合物选择性抑制GlyT1而非GlyT2的分子机理。

此外,通过对比外向开口、封闭、内向开口三种不同构象的电镜结构,研究团队系统性阐述了分别稳定外向开口构象和内向开口构象的关键相互作用网络,丰富了对神经递质转运蛋白构象变化机制的理解。

中国科学院生物物理研究所赵岩研究员为该论文通讯,中国科学院生物物理研究所博士研究生魏一青、黎仁杰、孟宇飞、胡拓和北京大学现代农业研究院赵珺研究员为论文的共同第一。此外,生物物理所博士研究生高逸伟、白秦儒和首都医科大学附属北京朝阳医院李娜也为本研究提供了帮助。本研究得到科技创新2030"脑科学与类脑研究"重大项目、国家重点研发计划项目、中国科学院战略性先导科技专项(B类)、国家自然科学基金项目等项目的资助。冷冻电镜数据收集得到中国科学院生物物理研究所蛋白质科学研究平台生物成像中心、北京大学现代农业研究院生物微观结构研究平台的技术支持。放射性转运实验得到中国科学院生物物理研究所放射性同位素实验室的帮助。

中科院生物物理所赵岩课题组开展神经信号传递的分子机制研究,在

Nature、

Cell、

Science、

NSMB等期刊上发表了多篇研究论文。赵岩课题组长期招聘优秀博士后和实验员,有意者可将个人详细简历和推荐人(2~3位)联系方式以及其它相关材料进行投递。

参考资料:

[1] Wei et al. Transport mechanism and pharmacology of the human GlyT1.

Cell (2024). DOI: 10.1016/j.cell.2024.02.026

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女歌手遗憾宣布第三次癌症,将切掉一半舌头告别舞台

张咪近期又被诊断为舌癌,使她的第三度癌症成为人们关注的焦点。虽然前两例癌变并没有再次发生,但她对下一次病发仍然感到担忧。目前她正在接受手术,并计划将半个舌头切除。对于不能再唱歌的问题,张咪表示会坚强乐观面对生活。同时,医生也建议张咪改变一些不良的生活习惯,如戒烟限酒、保持良好的口腔卫生等,以降低患病的风险。张咪曾多次获得各类奖项,她的歌喉深受广大粉丝喜爱。

生活常识 11.22
肝肾之宝!切勿随意服食常见药物以免危及生命

肝肾之宝!切勿随意服食常见药物以免危及生命

"滥用抗生素易致细菌耐药"

生活常识 11.22
汕头南澳大桥人教孩子倚栏,官方迅速营救并告平安

汕头南澳大桥人教孩子倚栏,官方迅速营救并告平安

一名男子怀抱三名小孩坐在南澳大桥护栏上,在南澳县应急管理局工作人员回应后被平安救援,并正在调查中。

生活常识 11.22
轻松一周,分享人生琐事:50+老姐姐与我畅谈心声

轻松一周,分享人生琐事:50+老姐姐与我畅谈心声

花生和我都曾参与过公益活动,比如校友会的筹备、辅导志愿者等。疫情期间,我和花生分别成为家长辅导志愿者和学生会干部。我们的经历告诉我们,帮助他人能够让我们获得成就感。花生曾说过的一句话让我深感共鸣:“帮助别人就是成就自己。”我认为,无论大小,每个人都有责任去帮助他人,这样才能建设更美好的世界。

生活常识 11.22
我们应该怎样应对‘太贵了,我买不起’的困扰——对孩子语言的理解与引导

我们应该怎样应对‘太贵了,我买不起’的困扰——对孩子语言的理解与引导

小小鱼拿到班主任签名奖励精美礼品。但他并未立即决定是否购买。之后,他向父母询问是否可以花1600多元购买恐龙模型,并被同意。然而,他认为这个价位有些昂贵。他觉得恐龙模型真正值钱的是与他们相关的体验和知识,而不是仅仅为玩具。这次经历让他认识到虽然有时候大人不愿意花费过多金钱给孩子买玩具,但这并不意味着他们的价值不高。因此,父母应考虑孩子的价值观和对新事物的好奇心,不要过于追求物质消费而忽视了情感的交流和成长。

生活常识 11.22
每个孩子都有他们的独特脾气:陪伴他们理解的背后

每个孩子都有他们的独特脾气:陪伴他们理解的背后

事件涉及播音、视觉设计、栏目主持和主持人杜润楠等人物,其中涉及到如何处理孩子发脾气的问题。节目中提到一位母亲将孩子扔到路边的树丛,并威胁孩子继续发脾气就别让她回家,结果导致孩子崩溃大哭。节目强调父母需要了解孩子为何发脾气,并从共情的角度看待他们的行为,从而改变态度并尝试与孩子沟通,引导他们释放负面情绪。最后指出要给孩子创造一个情绪稳定的周边环境,包括创设轻松的家庭氛围,让孩子有机会自我表达和犯错。

生活常识 11.22
小雪气候多变,适时吃些萝卜和梨助身体抵御寒冷

或者

小雪气温低了,让我们尝试生吃萝卜或熟食梨来提高免疫力

或者是

小雪将至,及时调整饮食结构,适当食用萝卜、梨等食物来抵抗严寒

小雪气候多变,适时吃些萝卜和梨助身体抵御寒冷 或者 小雪气温低了,让我们尝试生吃萝卜或熟食梨来提高免疫力 或者是 小雪将至,及时调整饮食结构,适当食用萝卜、梨等食物来抵抗严寒

生活常识 11.22
福建14批次食品抽查不合格:农兽药残留、重金属污染等问题严重

福建14批次食品抽查不合格:农兽药残留、重金属污染等问题严重

福建市场监管局近期进行食品安全抽样检查,共抽查了27大类食品796批次,结果显示有14批次不合格。不合格项目涉及质量指标问题、农兽药残留问题、重金属污染问题、食品添加剂问题、微生物污染问题、其他污染问题。针对以上不合格产品,市场监管局已分别向企业发出复检通知并对其进行了复查。

生活常识 11.22
了解污垢背后的真相:厕所里的小秘密可能救你一命!

了解污垢背后的真相:厕所里的小秘密可能救你一命!

事件起因:无。 事件关注爆点:王劈柴,果壳。

生活常识 11.22
中国科学家首次在山脊成功发现陨石坑,揭示了太空中的未知物质探索路径

中国科学家首次在山脊成功发现陨石坑,揭示了太空中的未知物质探索路径

中国科学家首次在山脊发现陨石坑,直径达1360米,证实了一处经由地外小行星撞击形成的地质构造。这一发现丰富了人类对星球碰撞历史的认识,为探索我国特殊地形地貌的撞击成坑机制和物质的冲击变质效应提供了一个崭新视角。

生活常识 11.22