Cryo-EM به رمزگشایی معماری مولکولی یک پروتئین انتقال عصبی کمک می کند

با استفاده از Cryo-EM، یک تکنیک میکروسکوپی قدرتمند، محققان IISc و همکارانش معماری مولکولی یک پروتئین ناقل کنترل کننده حرکت یک انتقال دهنده عصبی کلیدی را رمزگشایی کردند.

نورون ها یا سلول های عصبی با انتشار سیگنال های شیمیایی به نام انتقال دهنده های عصبی ارتباط برقرار می کنند. هر انتقال دهنده عصبی می تواند مجموعه خاصی از پروتئین ها به نام گیرنده ها را فعال کند که به نوبه خود ارتباطات عصبی را تحریک یا مهار می کنند. تعادل بین تحریک و مهار برای مدارهای عصبی برای حفظ ساختار و عملکرد طبیعی حیاتی است. عدم تعادل در ورودی های تحریکی یا مهاری می تواند منجر به اختلالاتی مانند تشنج، اضطراب و اسکیزوفرنی شود.

انتقال دهنده عصبی بازدارنده گاما آمینوبوتیریک اسید یا GABA ورودی های تحریکی گلوتامات، انتقال دهنده عصبی دیگر را متعادل می کند. سیگنال‌دهی مبتنی بر گابا در سیناپس‌های عصبی (اتصال بین نورون‌ها) توسط پروتئین‌های گیرنده گابا تعدیل می‌شود که با گابا آزاد شده از نورون‌های قبلی در مدار تعامل دارند. GABA اضافی آزاد شده در سیناپس های عصبی باید در سلول های عصبی و سلول های گلیال اطراف بازیافت شود تا رویدادهای انتشار بعدی اتفاق بیفتد. انتقال دهنده های گابا (GAT) مولکول های اولیه درگیر در این مرحله هستند – آنها از یون های سدیم و کلرید برای انتقال گابا اضافی به داخل سلول های عصبی استفاده می کنند. بنابراین GAT ها مولکول های حیاتی هستند که سیگنال دهی و عملکرد GABA را هماهنگ می کنند. بنابراین، آنها یک هدف مهم برای درمان شرایطی مانند تشنج هستند.

مطالعه حاضر، به رهبری آراویند پنماتسا، دانشیار واحد بیوفیزیک مولکولی (MBU)، IISc، معماری مولکولی GAT را با استفاده از میکروسکوپ کرایو الکترونی رمزگشایی می‌کند. این تکنیک توانایی تصویربرداری و بازسازی ساختار زیست مولکول هایی را دارد که بیش از یک میلیون بار کوچکتر از عرض یک موی انسان هستند.

محققان GAT را خالص کردند و از یک رویکرد جدید برای ایجاد یک محل آنتی بادی روی این مولکول استفاده کردند. آنتی بادی ها به افزایش توده پروتئین ها و تسهیل تصویربرداری بهبود یافته از طریق کرایو-EM کمک می کنند. این تیم توانست مشاهده کند که ساختار GAT رو به سیتوزول – داخل سلول – است و به یک مولکول GABA، سدیم و یون‌های کلرید متصل است. این اتصال یکی از بسیاری از مراحل کلیدی در چرخه حمل و نقل GABA است. رمزگشایی آن می‌تواند بینش‌های حیاتی در مورد مکانیسم‌های شناسایی و رهاسازی GABA در نورون‌ها ارائه دهد.

در دسترس بودن ساختارهای GAT با وضوح بالا برای ایجاد مسدود کننده های خاص جذب GABA برای درمان صرع بسیار مهم است. همچنین به مطالعه نحوه تعامل داروهای تجویز شده برای جلوگیری از جذب GABA با GAT کمک می کند.