人類GABA轉運體(GAT1)與鈉離子的相互作用:從有效招募到基質和構象的穩定

แนวคิดหลัก

GABA轉運體(GAT1)利用鈉離子的結合來穩定其構象,促進GABA的運輸。鈉離子的招募和結合位點在調節GAT1的功能中扮演關鍵角色。

บทคัดย่อ

本研究利用分子動力學模擬,深入探討了人類GABA轉運體(GAT1)與鈉離子的相互作用機制。

首先,研究發現GAT1外側囊泡入口處存在一個鈉離子招募位點,由兩個負電荷氨基酸(D281和E283)組成。這個位點能夠吸引並增加局部鈉離子濃度,從而加快鈉離子的結合動力學。突變實驗證實,這個招募位點的負電荷對鈉離子結合和GABA運輸至關重要。

其次,模擬分析表明,GAT1有兩個鈉離子結合位點(NA1和NA2)。NA1與GABA的羧基基團形成協同結合,穩定GABA在結合位點的構象。而NA2的結合則能夠穩定GAT1的外向開放構象,限制內部結構域的運動,尤其是TM5a的運動,從而增強內部門閥的封閉性。

總之,本研究闡明了鈉離子在調節GAT1構象和功能中的關鍵作用。鈉離子的招募和結合位點是維持GABA運輸所需的鈉梯度的重要機制。這些發現有助於進一步理解GAT1的轉運循環,並為相關神經疾病的治療提供新的靶點。

สถิติ

GABA轉運體(GAT1)的鈉離子依賴性EC50值:

野生型GAT1: 46.00 ± 4.51 μM
D281A突變體: 57.25 ± 2.82 μM
E283A突變體: 52.08 ± 2.06 μM
D281A-E283A雙突變體: 80.73 ± 14.28 μM

คำพูด

"鈉離子的招募和結合位點是維持GABA運輸所需的鈉梯度的重要機制。"
"NA2的結合能夠穩定GAT1的外向開放構象,限制內部結構域的運動,從而增強內部門閥的封閉性。"
"NA1與GABA的羧基基團形成協同結合,穩定GABA在結合位點的構象。"

ข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญจาก

Interaction of GAT1 with sodium ions: from efficient recruitment to stabilisation of substrate and conformation

by Lazzarin,E.,... ที่ www.biorxiv.org 10-13-2023

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.10.10.561652v3

สอบถามเพิ่มเติม

鈉離子結合如何調控GAT1在不同構象間的轉換?

鈉離子在GAT1的結合對於其構象轉換具有關鍵作用。研究顯示，鈉離子主要結合於兩個位點：NA1和NA2。當鈉離子結合到NA2時，會穩定GAT1的外向開放構象，這是因為NA2位於束域和支架域之間，鈉的結合減少了這兩個域之間的相對運動，從而促進了結構的穩定性。相對於NA2，鈉離子在NA1的結合較為動態，這意味著鈉離子在NA1的結合不會引起顯著的構象變化。這種動態性使得鈉離子能夠在NA1和一個臨時結合位點之間來回移動，這一過程對於GAT1的功能至關重要，因為它影響了GABA的結合和運輸。因此，鈉離子的結合不僅影響GAT1的穩定性，還調控了其在外向開放、封閉和內向開放等不同構象之間的轉換。

是否存在其他離子或分子與GAT1的相互作用,也能影響其構象和功能?

除了鈉離子，氯離子也是GAT1功能的重要組成部分。GAT1的運作依賴於鈉和氯的共同運輸，這兩種離子在GAT1的結合位點上相互作用，並共同促進GABA的攝取。此外，GABA本身作為底物，與GAT1的結合也會引起構象變化，特別是在NA1位點的鈉離子結合。GABA的結合不僅穩定了NA1的結構，還促進了鈉離子的穩定結合，這種協同作用對於GAT1的運輸功能至關重要。因此，鈉離子、氯離子和GABA之間的相互作用共同影響GAT1的構象和功能，並在神經信號傳遞中發揮重要作用。

GAT1的構象變化如何與神經遞質GABA的濃度調控和神經信號傳遞相關?

GAT1的構象變化與神經遞質GABA的濃度調控密切相關。GABA是中樞神經系統的主要抑制性神經遞質，其濃度的變化會直接影響GAT1的運作。當GABA濃度升高時，GAT1的底物結合位點S1會被GABA占據，這不僅促進了GABA的再攝取，還增強了鈉離子在NA1的結合，從而提高了GAT1的運輸效率。這種協同作用使得GAT1能夠有效地調節突觸間隙中的GABA濃度，維持神經元的興奮性和抑制性平衡，從而影響神經信號的傳遞。當GABA濃度過高或過低時，GAT1的功能可能受到影響，進而導致神經系統的失調，如癲癇或其他神經精神疾病。因此，GAT1的構象變化在調控GABA濃度和神經信號傳遞中扮演著至關重要的角色。