去甲腎上腺素(Noradrenaline,NA)是神經(jīng)系統(tǒng)中重要的單胺類神經(jīng)遞質(zhì)。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中,去甲腎上腺素能神經(jīng)元起始于腦干中一個(gè)名為“藍(lán)斑核”的細(xì)胞核團(tuán),并廣泛投射至大腦的其他區(qū)域,調(diào)節(jié)情緒,注意力,記憶,性欲等多種神經(jīng)活動。此外,NA在背根神經(jīng)節(jié)能夠與傷害傳入神經(jīng)元上的α2A受體結(jié)合,抑制疼痛信號的傳遞。在去甲腎上腺素能神經(jīng)元中,NA由突觸前膜釋放到突觸間隙,激活去甲腎上腺素受體,進(jìn)而啟動一系列信號傳導(dǎo)過程。定位于突觸前膜上的去甲腎上腺素轉(zhuǎn)運(yùn)體(NET),通過利用細(xì)胞內(nèi)外存在的鈉離子和氯離子的濃度梯度,可以將NA重新攝取回突觸前神經(jīng)元內(nèi),進(jìn)而終止神經(jīng)信號的傳遞。NET對于NA的回收維持了神經(jīng)系統(tǒng)中NA水平的平衡,使得神經(jīng)系統(tǒng)能夠正常行使生理功能。目前,臨床上有多種小分子藥物通過抑制NET 來提高突觸間隙NA的濃度,進(jìn)而增強(qiáng)去甲腎上腺素能神經(jīng)元的信號傳遞,從而治療抑郁癥、注意力缺陷多動障礙等疾病。此外,多肽類毒素χ-MrA能以非競爭方式特異地抑制NET,通過提高傷害傳入神經(jīng)元的α2A受體活性,阻斷疼痛信號的傳遞,展現(xiàn)出顯著的鎮(zhèn)痛效果。然而,目前對于NET轉(zhuǎn)運(yùn)底物以及與不同藥物分子結(jié)合模式仍不清楚。2024年7月31日,中國科學(xué)院生物物理研究所趙巖團(tuán)隊(duì)與丹麥哥本哈根大學(xué)Claus Loland團(tuán)隊(duì)合作,在 Nature 期刊發(fā)表了題為:Transport and inhibition mechanisms of the human noradrenaline transporter 的研究論文。該研究通過單顆粒冷凍電鏡技術(shù)解析了人源去甲腎上腺素轉(zhuǎn)運(yùn)體(NET)在未結(jié)合底物(NETapo),結(jié)合底物去甲腎上腺素(NETNA)、結(jié)合芋螺毒素χ-MrlA類似物(NETMrlA)、結(jié)合安非他酮(NETBPP),以及結(jié)合齊拉西酮(NETZPD)的復(fù)合物高分辨率結(jié)構(gòu)。這些復(fù)合物結(jié)構(gòu)揭示了NET在多種功能狀態(tài)的結(jié)構(gòu)特征以及不同藥物分子的結(jié)合模式,深入地闡釋了NET的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制,并為新型藥物的開發(fā)提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。在這項(xiàng)最新研究中,研究團(tuán)隊(duì)解析了內(nèi)向開口狀態(tài)的NETapo及NETNA結(jié)構(gòu),其分辨率均為2.6Å。與底物的復(fù)合物結(jié)構(gòu)揭示了NET在中心結(jié)合位點(diǎn)識別底物NA的機(jī)制。與此同時(shí),研究人員還意外地發(fā)現(xiàn)在胞外側(cè)存在另外一個(gè)構(gòu)象特異的底物結(jié)合位點(diǎn),該位點(diǎn)只存在于內(nèi)向開口狀態(tài)。在外向開口狀態(tài),由于局部構(gòu)象變化,該底物結(jié)合位點(diǎn)消失。將該位點(diǎn)相互作用的關(guān)鍵氨基酸突變后,NET的轉(zhuǎn)運(yùn)活性降低,表明該位點(diǎn)可能對轉(zhuǎn)運(yùn)功能具有調(diào)節(jié)作用。此外,NET是依賴于鈉離子、氯離子的次級轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。研究團(tuán)隊(duì)解析了NET在不同轉(zhuǎn)運(yùn)功能狀態(tài)下離子的結(jié)合位點(diǎn),這為理解離子、底物的結(jié)合與構(gòu)象變化的偶聯(lián)機(jī)制提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。