Структурная основа способов связывания лиганда EAAT2 человека

Nature Communications, том 13, номер статьи: 3329 (2022) Цитировать эту статью

3319 Доступов

2 цитаты

19 Альтметрика

Подробности о метриках

В центральной нервной системе (ЦНС) транспортеры возбуждающих аминокислот (EAAT) опосредуют захват возбуждающего нейромедиатора глутамата и поддерживают его низкие концентрации в синаптической щели, чтобы избежать цитотоксичности нейронов. Дисфункция EAAT может привести ко многим психическим заболеваниям. Здесь мы сообщаем о крио-ЭМ структурах человеческого EAAT2 в обращенной внутрь конформации в присутствии субстрата глутамата или селективного ингибитора WAY-213613. Глутамат координируется обширными водородными связями и дополнительно стабилизируется HP2. Ингибитор WAY-213613 занимает карман связывания, аналогичный карману субстрата глутамата. При ассоциации с WAY-213613 HP2 претерпевает существенные конформационные изменения и, в свою очередь, стабилизирует связывание ингибитора за счет образования гидрофобных взаимодействий. Электрофизиологические эксперименты показывают, что уникальный S441 играет ключевую роль в связывании hEAAT2 с глутаматом или WAY-213613, а кластер I464-L467-V468 действует как ключевой структурный детерминант для селективного ингибирования этого транспортера с помощью WAY-213613.

Глутамат является преобладающим возбуждающим нейромедиатором, который играет ключевую роль в развитии центральной нервной системы млекопитающих и участвует в нормальных функциях мозга, таких как обучение, познание и память1. Кроме того, избыток глютамата может привести к эксайтотоксичности, которая может привести к гибели нейрональных клеток из-за чрезмерной стимуляции рецепторов глутамата2. Таким образом, крайне важно поддерживать низкие концентрации глутамата во внеклеточной жидкости. EAAT известны как переносчики возбуждающих аминокислот, включая пять подтипов (EAAT1–EAAT5), которые отвечают за удаление глутамата из синаптической щели путем быстрого связывания и транспортировки глутаматов обратно в пресинапс или астроциты, что способствует терминации синаптической активности и клиренсу потенциально цитотоксичного внеклеточного глутамата3. Среди пяти EAAT человеческий EAAT2 (hEAAT2) преимущественно экспрессируется в астроцитах и, как сообщается, отвечает за 90–95% поглощения глутамата в переднем мозге посредством лифтового механизма3,4. Следовательно, hEAAT2 может поддерживать низкие уровни внеклеточного глутамата в синаптической щели, который является одним из наиболее важных EAAT для защиты нейронов5,6. Дефицит hEAAT2 вызывает прогрессирующую гибель нейронов и психиатрические или неврологические заболевания, включая большое депрессивное расстройство, эпилепсию, болезнь Альцгеймера, инсульт, болезнь Паркинсона и боковой амиотрофический склероз (БАС), и, таким образом, hEAAT2 представляет собой потенциальную терапевтическую мишень6,7,8.

EAAT структурно сходны с архейным гомологом GltPh, все они представляют собой гомотримеры, состоящие из трех идентичных протомеров9,10. Отдельный протомер имеет восемь трансмембранных спиралей (TM 1–8) и две шпильки (HP), организованных в два домена: каркасный домен включает TM1, 2, 4 и 5, который отвечает за стабилизацию транспортного домена; транспортный домен включает TM 3, 6, 7 и 8, HP1 и HP2. Предыдущие исследования показали, что отдельная субъединица в EAAT может транспортировать субстрат независимо11,12,13, а сайт связывания субстрата состоит из центральной развернутой области TM7 (мотив NMDGT), TM8 и кончиков HP1 и HP23,9.

Структуры архейных гомологов (GltPh4,9,10,14,15,GltTk16,17,18) и четырех переносчиков SLC1 человека (hEAAT119, hEAAT320, hASCT121 и hASCT222,23,24,25) были решены, и они имеют общие высокая консервативность последовательностей в лиганд-связывающем кармане, включая TM7, TM8, HP1 и HP2. Однако по-прежнему желательно определить структуру hEAAT2, поскольку он имеет низкую идентичность последовательностей с этими гомологами (34% идентичность последовательностей с GltPh и GltTk, 50% идентичность последовательностей с hEAAT1 и hEAAT3, 42% и 39% идентичность последовательностей с hASCT1). и hASCT2 соответственно). WAY-213613 является мощным и высокоселективным ингибитором hEAAT2 (IC50 составляет 85 нМ), который имеет 59-кратное и 44-кратное сродство по сравнению с hEAAT1 и hEAAT3 (IC50 составляет 5 и 3,8 мкМ соответственно)26. Однако механизм, посредством которого WAY-213613 высокоселективно ингибирует транспорт глутамата с помощью hEAAT2, остается неясным.