《Cell | 甘氨酸转运蛋白GlyT1的底物识别和抗精神分裂药物抑制机制》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 李康音
  • 发布时间:2024-03-28
  • 2024年3月20日,中国科学院生物物理研究所赵岩研究组在Cell发表了一篇题为 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 ?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。

    目前开发的靶向GlyT1的临床候选药物可分为肌氨酸衍生物类和非肌氨酸衍生物类。肌氨酸衍生物类抑制剂的初始先导化合物ALX-5407被发现结合在GlyT1内向的口袋中。与此同时,第一个取得专利的非肌氨酸衍生物类抑制剂SSR504734和目前正在进行临床二期试验的药物PF-03463275则在GlyT1的外向口袋中被鉴定。三种化合物都可选择性地抑制GlyT1而非GlyT2。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。

相关报告
  • 《Nature | 揭示囊泡单胺转运蛋白VMAT2的药物抑制及底物转运机制》

    • 来源专题:战略生物资源
    • 编译者:李康音
    • 发布时间:2023-11-06
    • 本文内容转载自“生物谷”微信公众号。原文链接: https://mp.weixin.qq.com/s/QJCKTJl_bvWdnNP60LZpjA 2023年11月1日, 北京大学生命科学学院张哲课题组和美国圣裘德儿童研究医院李佳学课题组合作在Nature杂志发布了题为Mechanisms of neurotransmitter transport and drug inhibition in human VMAT2的研究论文。该工作首次报道了人源VMAT2蛋白结合抑制剂TBZ、RSP及其底物5-羟色胺(5-HT)的冷冻电镜结构,揭示了两种抑制剂发挥功能以及VMAT2转运底物的分子机制。 VMAT2蛋白的分子量仅约56 kDa且缺乏可溶结构域,这对使用冷冻电镜技术进行结构解析提出了巨大的挑战。研究人员采取融合蛋白的策略,将MBP蛋白刚性融合在VMAT2的N端,同时将与MBP特异性结合的DARPin蛋白融合在VMAT2的C端,从而增大了VMAT2的分子量并提高了蛋白的稳定性,借此获得了VMAT2与几种小分子复合物的高分辨率结构(2.9-3.7 ?)。研究人员首先解析了VMAT2结合TBZ的结构。在该结构中,VMAT2蛋白呈现lumen-facing构象,TBZ的结合将VMAT2进一步锁定在occluded状态,此时VMAT2对膜两侧均不开放,由此阻碍了底物的结合和转运。此前的研究表明,VMAT2在cytoplasm-facing构象时与RSP的亲和力较强,为了获得与RSP的复合物结构,研究人员对VMAT2胞质侧门控处关键氨基酸残基进行了突变,最终解析了VMAT2突变体Y418S在cytoplasm-facing构象下与RSP以及底物5-HT的复合物结构。 这两个结构显示,5-HT与RSP结合在VMAT2中的相同位点,由于RSP分子量较大,与VMAT2亲和力较强,因此可以竞争性抑制底物的结合和转运。研究人员进一步通过比较两种不同构象状态的结构变化,提出了VMAT2利用alternating access方式转运底物的工作模型。期间,研究人员利用大量的功能实验验证了VMAT2中的关键氨基酸残基在抑制剂结合和底物转运中的作用,极好地印证了结构方面的分析和发现,并阐明了TBZ特异性抑制VMAT2而非VMAT1的分子机制。总之,这项研究加深了人们对VMAT2及SLC18家族相关囊泡神经递质转运蛋白结构和功能机制的理解,并为针对这些蛋白质的药物研发和改造提供了重要的参考。
  • 《MMPs: 精神分裂症的新型药物靶点》

    • 来源专题:重大新药创制—研发动态
    • 编译者:杜慧
    • 发布时间:2014-12-19
    • 精神分裂症患者,一种多因素疾病,伴有多巴胺能多动症、 谷氨酸能神经递质失调、 神经炎症和细胞外基质 (ECM) 失调。MMPs是一组结构上相关的蛋白水解酶,负责重塑用来维持突触功能和血-脑屏障 (BBB) 通畅的细胞外基质。神经炎症会过度刺激MMPs,从而引起细胞外基质出现异常,这会直接或间接改变神经元的功能,比如突触可塑性和破坏血脑屏障。MMPs介导的ECM 异常在精神分裂症的发病机制中占有重要的地位。