《Nature》:Cryo-EM技術完成不可能完成的任務

2021-02-26 生物通

OHSU科學家領導的研究開闢了治療成癮藥物的新途徑,完成了不可能完成的任務。

俄勒岡健康與科學大學的研究人員利用非洲灌木中發現的化合物,揭示血清素轉運蛋白的三種主要形狀,這種蛋白是一種與焦慮和抑鬱有關的大腦蛋白質。

這一研究成果公布在Nature雜誌上,文章作者Eric Gouaux博士說,「這對生物醫學科學來說是一個巨大的發展。五年前,大家都說這是不可能完成的任務。」

在最新研究中,研究人員利用低溫電子顯微鏡(Cryo-EM),分析了與ibogaine(一種存在與灌木中,可以改變大腦功能的生物鹼)結合的蛋白,並且通過這種方面,他們揭示了5-羥色胺轉運蛋白的結構——包括向外開放(outward-open),封閉和向內開放(inward-open,生物通注)的形狀。

「這意味著我們可以針對轉運蛋白的不同狀態來調節其活性,」Gouaux博士,「這開闢了一種新的思路:如何用新的分子與運輸者結合。」

同時,這項研究也有助於開發抑制成癮的藥物,而不會產生ibogaine致幻和其他危險特性的副作用。

2016年,Gouaux領導的團隊首次揭示了5-羥色胺轉運蛋白的結構,這為解釋抗抑鬱藥citalopram 和paroxetine(兩種最廣泛使用的選擇性5-羥色胺再攝取抑制劑,SSRIs)如何與血清素相互作用,抑制後者的轉運帶來了新的見解。

我們體內的血清素調節中樞神經系統影響了幾乎所有人的行為,從心血管功能到消化,體溫,內分泌和繁殖等等。5-羥色胺轉運蛋白作為血清素的分子泵,能在神經元信號傳導後循環神經遞質,其中5-羥色胺形成神經過程,包括睡眠,情緒,認知,疼痛,飢餓和攻擊。

「大多數抗抑鬱藥物都與向外開放的構象結合,我們的研究表明ibogaine可以與向內狀態結合,」文章另外一位作者Dongxue Yang博士說,他是Gouaux實驗室的研究員。

「它為設計具有抗上癮特性的小分子提供了更多途徑」。

Cryo-EM使科學家能夠以近原子細節可視化分子,但之前的工作主要集中在相對較大的蛋白質上。而最新研究則是cryo-EM清晰顯示的最小分子之一。

參考文獻:

Serotonin transporter–ibogaine complexes illuminate mechanisms of inhibition and transport 

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