研究人员利用 X 射线晶体学和分子模拟阐明神经递质传输

MIPT 衰老和年龄相关疾病分子机制研究中心的科学家与德国于利希研究中心的同事联手，揭示了钠离子如何驱动中枢神经系统中的谷氨酸转运。谷氨酸是最重要的兴奋性神经递质，被称为兴奋性氨基酸转运蛋白 (EAAT) 的特殊转运蛋白主动从神经元之间的突触间隙中清除。研究结果发表在《科学进展》上。

谷氨酸将激活信号从一个神经元传递到另一个神经元。为了确保谷氨酸信号传导被精确终止，神经递质在释放后会迅速从突触间隙中清除;这是特殊蛋白质 EAAT 谷氨酸转运蛋白的任务。

EAAT 是次级主动转运蛋白，利用钠离子的浓度梯度来驱动细胞摄取谷氨酸。为此，转运蛋白将神经递质与膜外侧的三个钠离子结合在一起，将其货物运送到细胞内部。生理钠梯度，细胞外的离子浓度高于细胞内的离子浓度，因此可以作为能量来源。

然而，目前尚不清楚 EAAT 如何协调谷氨酸与钠离子的耦合结合以及离子如何驱动这一过程。研究人员现在已经回答了这个问题：高分辨率 X 射线晶体学在谷氨酸结合之前提供了钠结合谷氨酸转运蛋白极其准确的结构快照。于利希超级计算机上的分子模拟和功能实验可以确定两个钠离子的结合如何触发谷氨酸和第三个钠离子的结合。

这些结果揭示了大脑信息处理的重要分子原理，并可为缺血性脑部疾病(例如中风)的新治疗方法提供信息，其中谷氨酸转运受损导致谷氨酸浓度升高。MIPT 衰老和年龄相关疾病分子机制中心的基里尔·科瓦列夫 (Kirill Kovalev) 评论道：“我们的研究结果提供了关于神经递质运输在哺乳动物神经系统中如何运作的见解，以及什么可能会破坏这种运输，从而导致记忆和学习问题。”

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