揭示神經(jīng)元轉(zhuǎn)運蛋白的分子運動機制

神經(jīng)元細(xì)胞擁有不同的轉(zhuǎn)運蛋白，但這些轉(zhuǎn)運蛋白如何工作迄今還是一個謎。據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)4月24日報道，美國科學(xué)家最近終于弄清楚了轉(zhuǎn)運蛋白分子的工作機制，研究發(fā)表在24日出版的《自然》雜志上?？茖W(xué)家表示，新研究有望改進對精神疾病治療的效果，加深理解可卡因等神經(jīng)藥物的作用原理。

轉(zhuǎn)運蛋白是內(nèi)嵌于神經(jīng)元細(xì)胞膜內(nèi)的分子機器，其作用是調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞之間的信號傳導(dǎo)并循環(huán)利用神經(jīng)遞質(zhì)。在大腦中，神經(jīng)元之間通過向突觸（兩個神經(jīng)元的相接處）釋放神經(jīng)遞質(zhì)來“通話”。為了讓信號傳遞停止，需要專門的轉(zhuǎn)運蛋白將突觸處的神經(jīng)遞質(zhì)運回原細(xì)胞內(nèi)。然而，讓神經(jīng)遞質(zhì)集結(jié)在突觸處對很多疾病的治療大有裨益。抗抑郁藥物就是通過干預(yù)特定轉(zhuǎn)運蛋白，使神經(jīng)遞質(zhì)集結(jié)在突觸處來起作用，可卡因和安非他明等興奮劑也如此。

最新實驗中，威爾康乃爾醫(yī)學(xué)院生理學(xué)和生物物理學(xué)副教授斯科特·布蘭查德領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊使用單分子熒光共振能量轉(zhuǎn)移（smFRET）技術(shù)，對2005年從原核生物中發(fā)現(xiàn)的一種亮氨酸轉(zhuǎn)運蛋白分子（LeuT，與哺乳動物神經(jīng)遞質(zhì)鈉轉(zhuǎn)運體在結(jié)構(gòu)和功能上非常相似）進行了成像，監(jiān)測出LeuT在組成和動力學(xué)方面的變化，闡釋了LeuT內(nèi)的分子活動。他們將熒光染料貼在蛋白的運動部分，當(dāng)染料間的距離變化時，熒光染料會釋放出不同數(shù)量的光。在整個過程中，轉(zhuǎn)運蛋白的移動、熒光團之間的距離依時間而產(chǎn)生的變化都被直接成像，從而首次定量地洞悉了轉(zhuǎn)運機制的動力學(xué)過程。

新實驗證明，依附于LeuT的丙氨酸會增加轉(zhuǎn)運蛋白在兩個形態(tài)之間變換的速率：一個形態(tài)是面朝外，好像轉(zhuǎn)運蛋白準(zhǔn)備接受從細(xì)胞外傳來的基質(zhì)（朝內(nèi)關(guān)閉）。另一個形態(tài)是面朝內(nèi)，好像轉(zhuǎn)運蛋白朝細(xì)胞釋放其所包含的物質(zhì)（朝內(nèi)開啟）。另外，鈉對丙氨酸增強這種動力機制來說是必需的。

但只有鈉離子而沒有丙氨酸時，轉(zhuǎn)運蛋白開啟和關(guān)閉狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化速度會減少?？挂钟舻穆让着撩骶褪亲钃醣彼岬倪@種效果并將該轉(zhuǎn)運蛋白限制在其朝內(nèi)關(guān)閉的狀態(tài)，以抑制轉(zhuǎn)運過程。威爾康乃爾醫(yī)學(xué)院計算生物醫(yī)學(xué)研究所所長阿雷爾·溫斯坦表示，只有理解了這種動力學(xué)，我們才能真正理解藥物分子的工作原理。

溫斯坦表示，因為細(xì)菌和哺乳動物的轉(zhuǎn)運蛋白幾乎是一樣的，該研究結(jié)果很有可能適用于哺乳動物，包括人體神經(jīng)細(xì)胞中的轉(zhuǎn)運蛋白。

來源：科技日報 作者：劉霞

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