【科技前沿】Nature | 蒋轶/徐华强/杨德华合作团队联合破解去甲肾上腺素转运体二聚化和抗抑郁…

2024年5月15日，临港实验室蒋轶研究团队联合中国科学院上海药物研究所徐华强、杨德华团队在Nature在线发表了题为Dimerization and antidepressant recognition at noradrenaline transporter的研究论文。该研究破解了重要神经系统疾病靶标——去甲肾上腺素转运体（noradrenaline/norepinephrine transporter，NET）同源二聚化，转运天然底物去甲肾上腺素NE，以及选择性识别六种抗抑郁药物的分子密码，为理解NET等单胺类转运体的生理调控机制奠定了重要的理论基础，也对指导靶向单胺类转运体（monoamine transporters，MATs）的抗抑郁症等神经精神类疾病的药物研发具有重要的现实意义。

NET属于MATs家族，与同家族的血清素转运体和多巴胺转运体共同维持体内单胺类神经递质的平衡。NET是抗抑郁和注意缺陷多动障碍（ADHD）等神经精神类疾病治疗的重要药物靶标。此外，MATs的功能受胆固醇和脂质介导的寡聚化调控：磷脂酰肌醇4,5-双磷酸（PIP2）促进NET二聚化并调节神经递质的转运；胆固醇和PIP2参与SERT的功能调控，PIP2的直接结合介导SERT寡聚体的形成；PIP2以寡聚体依赖的方式，在苯丙胺诱导的血清素转运中发挥重要的调节作用等。然而，当前有限的结构信息导致科学界对NET与底物和抗抑郁药物的精准结合模式，抗抑郁药物对三种MAT亚型的选择性识别机制，以及胆固醇和脂质调节NET功能及其寡聚化过程的精确机制仍然缺乏深入的理解。

联合研究团队利用单颗粒冷冻电镜技术，获得了人源NET同源二聚体分别与底物NE结合的阻塞构象、无底物结合的apo状态，以及六种抗抑郁药物（尼索西汀、阿米替林、马普替林、诺米芬辛、托莫西汀和奈福泮）的外向开放构象的8个高分辨率结构，分辨率达到2.9-3.4 Å（图1）。

图1. 人源NET二聚体分别与底物和六种抗抑郁药物复合物的代表性结构

研究显示，NET呈现由胆固醇和脂质分子介导的独特二聚体构型。胆固醇和脂质分子被包夹在NET单体之间，构成了NET同源二聚体的主要作用界面，这与其他膜蛋白通过蛋白-蛋白直接相互作用组装为寡聚体的方式截然不同。进一步生化细胞实验证实，胆固醇和脂质介导的二聚化贡献于NET的转运功能（图2和图3）。该研究进而揭示了NET识别和转运底物去甲肾上腺素的分子机制，阐明了不同MAT选择谱的六种抗抑郁药物与NET的精细结合模式，提出了决定MAT识别和选择性的重要结构因素。

图2. 胆固醇和脂质调控NET同源二聚化和转运活性

图3. NET同源二聚化模型。蝴蝶兰象征NET同源二聚体，白色花瓣暗指NET单体。中间的黄色唇瓣代替胆固醇和脂质分子。落在花朵上的蝴蝶象征选择性靶向药物，蝴蝶翅膀装饰着抗抑郁药物的化学结构。

综上，这些研究结果回答了胆固醇和脂质调控NET等MAT寡聚化及其转运功能，以及NET底物识别和转运调节等基础生物学问题，破解了抗抑郁药物选择性靶向NET的分子密码。这些成果加深了对NET的结构和功能的理解，同时为抗抑郁药物治疗提供了重要的结构基础和药物设计参考。

临港实验室研究员蒋轶、中国科学院上海药物研究所研究员徐华强、杨德华为该论文的共同通讯作者。中国科学院上海药物研究所博士后张衡、临港实验室博士后殷裕玲和中科院上海药物研究所助理研究员代安涛为该论文的共同第一作者。

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-024-07437-6

本文转载自公众号“BioArt”

原标题：《【科技前沿】Nature | 蒋轶/徐华强/杨德华合作团队联合破解去甲肾上腺素转运体二聚化和抗抑郁药识别的分子密码》

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