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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生活常识 09.15
贵阳市第十八中学党委书记吴红:培养孩子全面发展的关键在于多元之美——让孩子各美其美、美美与共

贵阳市第十八中学党委书记吴红:培养孩子全面发展的关键在于多元之美——让孩子各美其美、美美与共

贵阳市第十八中学致力于培养学生个性化的特色化、个性化发展。吴红表示学校将坚守教育初心,推动学校更高质量、更高水平发展。学校加强教师队伍建设,深化师德师风建设,并通过提供学术支持和实地考察帮助威宁迤那二中县级骨干教师提升教学质量。同时,贵阳十八中还在学生教育方面坚持德、智、体、美、劳“五育”并举,鼓励学生们百花齐放。

生活常识 09.15
历经八年艰难,王振义为患者献出宝贵发明——‘药神’项目取得突破性成果

历经八年艰难,王振义为患者献出宝贵发明——‘药神’项目取得突破性成果

王振义是一位敢于探索并克服困难的医者,他的医术精湛,以救治急性早幼粒细胞白血病而闻名。他放弃专利申请,为了让更多的人能用上他的治疗方法,选择了亲自研发。他在内科血液学领域做出了重要贡献,并且是全反式维甲酸疗法的开创者之一,被称为“癌症诱导分化之父”。王振义的精神风貌和医术成就,使得他在医疗界赢得了崇高的声誉。他还是一位积极分子,关心国家科技发展,为新中国培养了许多优秀的医学人才。

生活常识 09.15
大耀斑爆发:极有可能在2023年目睹到的这次前所未有的超新星爆炸!

大耀斑爆发:极有可能在2023年目睹到的这次前所未有的超新星爆炸!

太阳风暴

生活常识 09.15
北科大教授李擎:用记忆力创造学习的奇迹

北科大教授李擎:用记忆力创造学习的奇迹

北京科技大学自动化学院党委书记李擎坚守教育初心,每天花费大量时间准备教学课件,并强调“四教融合”教学法,注重培养学生的综合能力和价值观。在接受腾讯混元大模型生成的内容后,李擎荣获了2024年北京市教育系统“育人榜样(先锋)”评选活动中的“北京市教育系统教书育人榜样”称号。

生活常识 09.15
香港月饼买不到?监管部门介入调查:曾志伟等名人曾带货

香港月饼买不到?监管部门介入调查:曾志伟等名人曾带货

电商平台京东发现,“香港美诚”月饼包装标注产地为广州和佛山,并且实际产地与配料表不符,引发了网友质疑。 1. 香港网友质疑“香港美诚”月饼虚假宣传。 2. 监管部门已介入调查。 3. 第三方数据平台显示,该品牌在抖音近30天的销售额已超过5000万元。 4. 网友表示购买商品前应查看商品详情,保留相关票据以便维权。 5. 律师认为消费者理应有知情权,购买商品前应查看商品详情,如已购买,保留相关票据以便维权。

生活常识 09.15
转氨酶过高:3个策略帮你扭转局势,有效降低肝病风险

转氨酶过高:3个策略帮你扭转局势,有效降低肝病风险

能够有效应对肝脏健康的问题。转氨酶数值过高的情况下,应及时就医,找出具体原因并采取相应的治疗措施。此外,保持良好的生活习惯,合理饮食,适量运动,定期体检也是保护肝脏的重要手段。只有这样,我们才能真正保障肝脏的健康,维护自身的生命安全。

生活常识 09.15
宫外孕的警惕:明确妊娠部位至关重要

宫外孕的警惕:明确妊娠部位至关重要

湖南妇女儿童医院妇科专家周训华主任医师现场发现并成功

生活常识 09.15