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研究人员使用X射线晶体学和分子模拟阐明神经递质的运输

X射线晶体学
发布:2020-12-22 16:20:47    

来自MIPT衰老和与年龄有关的疾病的分子机制研究中心的科学家与来自德国ForschungszentrumJülich的同事携手合作,发现了钠离子如何驱动中枢神经系统中谷氨酸的转运。谷氨酸是最重要的兴奋性神经递质,并通过称为兴奋性氨基酸转运蛋白(EAAT)的专门转运蛋白从神经元之间的突触间隙中主动清除。该发现报告在《科学进展》上。

谷氨酸将激活信号从一个神经元传递到另一个神经元。为了确保精确地终止谷氨酸能信号传导,神经递质在释放后迅速从突触间隙中去除。这是专门的蛋白质,即EAAT谷氨酸转运蛋白的任务。

EAAT是次要的主动转运蛋白,使用钠离子的浓度梯度来驱动谷氨酸摄入细胞。为此,转运蛋白将神经递质与来自膜外侧的三个钠离子结合在一起,以将其货物转运到细胞内部。因此,胞外离子浓度高于胞内区室的生理钠梯度可作为能源。

然而,目前尚不清楚EAATs如何协调谷氨酸盐与钠离子的耦合结合以及离子如何驱动这一过程。现在,研究人员已经回答了这个问题:高分辨率X射线晶体学在结合谷氨酸之前就提供了难以置信的精确的钠结合谷氨酸转运蛋白的结构快照。然后,在Jülich超级计算机上进行分子模拟和功能实验,可以确定两个钠离子的结合如何触发谷氨酸和第三个钠离子的结合。

这些结果由ForschungszentrumJülich早些时候在新闻稿中报道,揭示了大脑中信息处理的重要分子原理,并且可以为缺血性脑疾病(如中风)提供新颖的治疗方法,其中谷氨酸转运受损导致谷氨酸浓度升高。MIPT衰老和与年龄有关的疾病分子机制中心的Kirill Kovalev评论道:“我们的发现提供了关于神经递质转运在哺乳动物神经系统中如何起作用以及可能破坏这种转运的方式的见解,从而导致记忆和学习方面的问题。”

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