?

GABAA受體是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中主要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)受體，可以通過介導神經(jīng)細胞外氯離子內(nèi)流從而抑制神經(jīng)的興奮性。GABAA受體在神經(jīng)細胞膜上的定位分布對神經(jīng)信號的產(chǎn)生與傳導具有重要調(diào)控作用。大量研究表明，GABAA受體在細胞膜分布水平的失調(diào)與神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生密切相關，包括多種神經(jīng)發(fā)育及信號傳導疾病，如精神分裂癥、兩極性躁郁癥和自閉癥等；慢性神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如焦慮、抑郁和失眠等。此外，GABAA受體還是重要的中樞神經(jīng)疾病藥物靶點。因此，GABAA受體的動態(tài)調(diào)控對于神經(jīng)系統(tǒng)的重要作用毋庸置疑，一直以來都是國內(nèi)外研究的焦點。然而，關于細胞膜上的GABAA受體轉運調(diào)控的分子機制研究還存在大量的空白。

近日，中國科學技術大學無膜細胞器與細胞動力學教育部重點實驗室、微尺度物質(zhì)科學國家研究中心、生命科學與醫(yī)學部王朝教授課題組和熊偉教授課題組合作在《Nature Communications》上在線發(fā)表了題為“Structural basis of GABARAP-mediated GABAAreceptor trafficking and functions on GABAergic synaptic transmission”的研究論文。該研究利用結構生物學、神經(jīng)生物學和化學生物學的深度交叉合作，揭示了GABARAP促進GABAA受體細胞膜轉運的分子機制。

圖1：GABARAPL1/γ2-GIM復合物晶體結構以及GABARAP對GABA能神經(jīng)信號傳遞的影響

GABARAP最早被鑒定為與GABAA受體γ2亞基相互作用的蛋白，是參與GABAA受體細胞膜定位過程的重要蛋白之一。過往的研究發(fā)現(xiàn)，GABARAP可以提高GABAA受體在COS-7細胞膜和海馬神經(jīng)元細胞膜上的分布水平，但其具體作用途徑仍然不清晰。在此項研究中，研究人員通過體外生化實驗發(fā)現(xiàn)γ2亞基的TM3-TM4胞內(nèi)段一段18個氨基酸的短肽（γ2-GIM）能直接結合GABARAP，并利用多種生化手段進行了定量的相互作用分析。研究團隊進一步發(fā)現(xiàn)γ2-GIM結合GABARAP和GABARAPL1的特異性，并解析了GABARAPL1/γ2-GIM復合物的三維結構，確定了復合物組裝的分子機制。接下來，研究人員在HEK293細胞中共表達GABAA受體和GABARAP，并通過電生理手段發(fā)現(xiàn)GABARAP顯著提高了GABAA介導的氯離子電流。這種作用可以被膜蛋白內(nèi)吞抑制劑進一步增強；但當加入細胞外泌抑制劑后GABAA介導的氯離子電流則明顯降低，證明GABARAP的作用途徑為促進受體的轉運過程。最后，研究團隊利用課題組此前開發(fā)的Ankyrin來源的干擾性多肽工具(Nat Chem Biol, 2018)，內(nèi)源性的破壞小鼠腦內(nèi)GABAA受體和GABARAP的相互結合后，發(fā)現(xiàn)運動皮層神經(jīng)元的微小抑制性突觸后電流的發(fā)放（mIPSCs）顯著降低。該工作過運用多種生物學研究方法來研究GABAA受體與GABARAP的復合物的結構和功能，揭示GABARAP調(diào)節(jié)GABAA受體在細胞膜上動態(tài)分布水平的分子機理，為相關的人類神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療和高效特異性藥物的研發(fā)提供了充實的結構信息和分子基礎。

中國科學技術大學王朝教授、熊偉教授以及華南理工大學李健潮教授為論文的共同通訊作者，王朝課題組博士后葉進和熊偉課題組特任副研究員鄒桂昌為論文的共同第一作者。該研究得到了香港科技大學張明杰院士課題組的大力支持。研究工作獲得了無膜細胞器與細胞動力學教育部重點實驗室、微尺度國家研究中心、國家自然科學基金委、科技部、中科院及中國博士后基金等項目支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-20624-z

（無膜細胞器與細胞動力學教育部重點實驗室、合肥微尺度物質(zhì)科學國家研究中心、生命科學與醫(yī)學部、科研部）