MIPT 衰老和年齡相關(guān)疾病分子機(jī)制研究中心的科學(xué)家與德國于利希研究中心的同事聯(lián)手，揭示了鈉離子如何驅(qū)動中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)。谷氨酸是最重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，被稱為興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 (EAAT) 的特殊轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白主動從神經(jīng)元之間的突觸間隙中清除。研究結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。
谷氨酸將激活信號從一個(gè)神經(jīng)元傳遞到另一個(gè)神經(jīng)元。為了確保谷氨酸信號傳導(dǎo)被精確終止，神經(jīng)遞質(zhì)在釋放后會迅速從突觸間隙中清除;這是特殊蛋白質(zhì) EAAT 谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的任務(wù)。
EAAT 是次級主動轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，利用鈉離子的濃度梯度來驅(qū)動細(xì)胞攝取谷氨酸。為此，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將神經(jīng)遞質(zhì)與膜外側(cè)的三個(gè)鈉離子結(jié)合在一起，將其貨物運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)部。生理鈉梯度，細(xì)胞外的離子濃度高于細(xì)胞內(nèi)的離子濃度，因此可以作為能量來源。
然而，目前尚不清楚 EAAT 如何協(xié)調(diào)谷氨酸與鈉離子的耦合結(jié)合以及離子如何驅(qū)動這一過程。研究人員現(xiàn)在已經(jīng)回答了這個(gè)問題：高分辨率 X 射線晶體學(xué)在谷氨酸結(jié)合之前提供了鈉結(jié)合谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白極其準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)快照。于利希超級計(jì)算機(jī)上的分子模擬和功能實(shí)驗(yàn)可以確定兩個(gè)鈉離子的結(jié)合如何觸發(fā)谷氨酸和第三個(gè)鈉離子的結(jié)合。
這些結(jié)果揭示了大腦信息處理的重要分子原理，并可為缺血性腦部疾病(例如中風(fēng))的新治療方法提供信息，其中谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)受損導(dǎo)致谷氨酸濃度升高。MIPT 衰老和年齡相關(guān)疾病分子機(jī)制中心的基里爾·科瓦列夫 (Kirill Kovalev) 評論道：“我們的研究結(jié)果提供了關(guān)于神經(jīng)遞質(zhì)運(yùn)輸在哺乳動物神經(jīng)系統(tǒng)中如何運(yùn)作的見解，以及什么可能會破壞這種運(yùn)輸，從而導(dǎo)致記憶和學(xué)習(xí)問題。”
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