4月8日，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所趙巖研究組在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然-結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)》上發(fā)表研究論文。該研究利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)，首次解析了高親和力膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白CHT1（high-affinity choline transporter 1）的轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)控機(jī)制。
CHT1介導(dǎo)的膽堿回收是乙酰膽堿合成的限速步驟，它的表達(dá)異常和功能障礙會(huì)誘發(fā)多種疾病，例如遺傳性運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元病、肌無(wú)力綜合征、動(dòng)脈粥樣硬化、抑郁癥和阿爾茲海默病等。然而，人們對(duì)CHT1識(shí)別膽堿的關(guān)鍵位點(diǎn)尚不明確，其構(gòu)象變化的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)以及小分子HC-3對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)活性的抑制機(jī)制也有待闡明。
在結(jié)合了HC-3的CHT1外向結(jié)構(gòu)中，HC-3呈現(xiàn)出棒狀形態(tài)，并從外側(cè)插入底物結(jié)合口袋，將蛋白鎖定在外向開(kāi)口狀態(tài)。在內(nèi)向膽堿結(jié)合狀態(tài)下，CHT1的胞內(nèi)口袋向內(nèi)開(kāi)放，膽堿仍然被色氨酸三聯(lián)體穩(wěn)定。在內(nèi)向無(wú)底物結(jié)合狀態(tài)下，色氨酸三聯(lián)體口袋發(fā)生構(gòu)象變化，膽堿向胞內(nèi)溶劑側(cè)暴露，進(jìn)而導(dǎo)致膽堿從底物結(jié)合口袋中釋放。
此外，胞內(nèi)短螺旋IH1也是CHT1轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中發(fā)揮作用的重要元件。在外向的CHT1結(jié)構(gòu)中，IH1螺旋參與維持了構(gòu)象的穩(wěn)定。當(dāng)?shù)孜锱cCHT1結(jié)合，CHT1從外向轉(zhuǎn)變到內(nèi)向狀態(tài)。此時(shí)，IH1螺旋被釋放，暴露了CHT1的胞內(nèi)口袋，促進(jìn)了轉(zhuǎn)運(yùn)的發(fā)生。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，IH1螺旋缺失突變體完全喪失了底物轉(zhuǎn)運(yùn)活性，且無(wú)法從內(nèi)向轉(zhuǎn)變到外向狀態(tài)。
綜上，該研究解析了外向HC-3結(jié)合狀態(tài)、內(nèi)向無(wú)底物結(jié)合狀態(tài)和內(nèi)向膽堿結(jié)合狀態(tài)的CHT1高分辨率結(jié)構(gòu)；并借助放射性同位素示蹤、底物攝取實(shí)驗(yàn)和分子動(dòng)力學(xué)模擬等一系列實(shí)驗(yàn)方法，闡釋了CHT1識(shí)別和轉(zhuǎn)運(yùn)膽堿的分子模型以及HC-3抑制轉(zhuǎn)運(yùn)活性的機(jī)制，并為新型CHT1靶向藥物的開(kāi)發(fā)提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。
