GluA1蛋白氨基末端結(jié)構(gòu)域的晶體結(jié)構(gòu)及iGluR潛在配體的篩選.pdf

1、離子型谷氨酸受體(ionotropic glutamate receptors,iGluRs)是一種跨膜的陽離子通透性配體門控型離子通道,是中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS)中興奮性神經(jīng)傳遞的主要介導(dǎo)者。iGluR家族中的α-氨基-3-羥基-5-甲基異惡唑-4-丙酸受體(α-amino-3-hydroxy-5-methylisoxazole-4-propionie acid receptors,AMPA

2、Rs)主要介導(dǎo)快速興奮性神經(jīng)傳遞,表達并維持長時程增強效應(yīng)(10ng-termpotentiation,ITP),是學(xué)習(xí)和記憶的基本元件。AMPAR的功能障礙與許多神經(jīng)性疾病的發(fā)生有關(guān)。AMPAR也因此成為治療這些疾病的重要靶點之一。本論文解析了GluA1蛋白氨基末端結(jié)構(gòu)域的晶體結(jié)構(gòu),并運用熒光熱穩(wěn)定性檢測技術(shù)篩選iGluR的潛在配體。下面分兩部分來講述:
　　第一部分: GluA1蛋白氨基末端結(jié)構(gòu)域的晶體結(jié)構(gòu)
　　與其他i

3、GluR成員一樣,AMPAR只能特異性地與本亞家族受體的亞基組裝成四聚體離子通道。一般認(rèn)為,這一組裝過程是由位于胞外的氨基末端結(jié)構(gòu)域(amino-terminal domain,ATD)介導(dǎo)的。然而,ATD如何驅(qū)動這些亞基的組裝仍是一個亟待解決的問題。除了參與受體的組裝之外,ATD還與突觸發(fā)生、受體轉(zhuǎn)運以及跨突觸信號傳導(dǎo)等過程有關(guān),但其確切機制目前尚不清楚。通過對ATD結(jié)構(gòu)的解析,有助于我們更深入地了解其生理功能。
　　在本研究中

4、,我們解析了分辨率為2.5 A的GluAl-ATD蛋白晶體結(jié)構(gòu)。經(jīng)過詳細的結(jié)構(gòu)分析,我們發(fā)現(xiàn)AMPAR-ATD的同二聚化主要是由高度保守的L1結(jié)構(gòu)域間相互作用來介導(dǎo)的,其L2結(jié)構(gòu)域則具有相對較高的柔性。我們推測各個AMPAR-ATD在同二聚化親和力方面的差異可能與它們在L2結(jié)構(gòu)域柔性上的差異有關(guān)。雖然GluA1和GluA2的二聚體內(nèi)作用界面是高度相似的,通過免疫共沉淀(co-immunoprecipitation,co-IP)實驗,我們

5、觀察到了他們之間可形成較弱的異二聚體。綜合這些數(shù)據(jù),我們推測AMPAR-ATD本身可能不足以驅(qū)動異聚體的裝配。亦即,除了ATD之外,配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域(ligand-binding domain,LBD)和跨膜結(jié)構(gòu)域(transmembrane domains,TMD)可能也同樣參與了AMPAR的異聚體組裝過程。另外,通過對GluA1-ATD的晶格分析,我們發(fā)現(xiàn)了一個全新的、位于兩對二聚體之間的作用界面。這個界面與以往已知的“二聚體的二聚體

6、”式ATD界面有很大的不同:在這個新界面中,兩對ATD二聚體由L1結(jié)構(gòu)域介導(dǎo)形成“頭對頭”式的排列,其埋藏面積達到1900 A2,且這種全新的排列方式主要是由S-loop介導(dǎo)的。由于S-loop具有亞家族特異性,這種“頭對頭”式的組裝,可能是引導(dǎo)iGluR同亞家族亞基進行選擇性組裝的關(guān)鍵決定步驟。這一獨特的AMPAR四聚體集合方式同時也暗示了在突觸膜處高濃度的AMPAR是如何簇集的,并從結(jié)構(gòu)生物學(xué)角度證明了ATD參與跨突觸信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的可能

7、性。
　　第二部分:運用熒光熱穩(wěn)定性檢測技術(shù)篩選iGluR的潛在配體
　　以蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的藥物設(shè)計是當(dāng)今新藥研發(fā)的重要手段,也是未來藥物開發(fā)的主要趨勢之一。我們以GluA2-ATD蛋白的晶體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),通過虛擬文庫篩選(virtual library screening,VLS),找到了65個候選化合物。運用熒光熱穩(wěn)定性檢測方法(ThermalFluor assay)對這65個化合物進行了初步鑒定,未發(fā)現(xiàn)能顯著改變Glu

8、A2-ATD蛋白熔點(melting temperature,TM)的化合物。目前我們正嘗試用電生理學(xué)方法對這些化合物進行重新檢驗。
　　針對NMDA型谷氨酸受體(N-methyl-D-aspartate receptor,NMDAR)的藥物的副作用一直是困擾患者、醫(yī)生以及研究者的重要問題。GluN3作為NMDAR家族中最獨特的成員,自然也成了新藥開發(fā)的重點對象。我們通過ThermalFluor方法,發(fā)現(xiàn)在有/無配體存在的情況下,