科學家們首次在原子水平上揭示了一種蛋白質的結構，這種蛋白質將人體最重要的神經遞質之一攜帶到神經元中。該研究發(fā)表在 6 月 8 日的《Nature》雜志上。

在確定這種轉運蛋白的結構時，有史以來最小的蛋白質之一。 研究人員開辟了新的途徑來改善各種使人衰弱的疾病的藥物，包括癲癇、雙相情感障礙、精神分裂癥、帕金森病和亨廷頓病、焦慮癥和自閉癥譜系障礙。

神經元通過在它們之間的間隙（稱為突觸）發(fā)送神經遞質來相互傳遞信號。  分子 GABA（γ-氨基丁酸）是大腦中最普遍的神經遞質之一。

當一個神經元釋放 GABA，通過突觸將其發(fā)送到附近的神經元時，GABA 會抑制接收神經元的活動。

但有時情況可能會出錯，沒有足夠的 GABA 到達接收神經元，這可能會變得過度活躍，發(fā)送過多的電脈沖。  這可能會導致許多使人衰弱的影響，包括癲癇發(fā)作。

幸運的是，某些藥物可以通過阻斷一種稱為 GAT-1（GABA 轉運蛋白 1 的縮寫）的蛋白質來提供幫助。  GAT-1 負責將釋放的 GABA 回收回發(fā)射神經元。 一旦這種 GAT-1 抑制劑 tiagabine（商品名 Gabitril）減少 GABA 循環(huán)，在突觸中留下更多 GABA 以降低接收神經元的活動。

盡管 tiagabine 可能有效，但它與 GAT-1 相互作用以抑制 GABA 再循環(huán)的確切方式一直是個謎。  并且了解它們如何相互作用可以幫助研究人員有朝一日制造出更有效的藥物。

為了解開這個謎團并確切了解 tiagabine 如何與 GAT-1 結合，南加州大學 Dornsife 文理學院的研究人員使用了高度先進的低溫電子顯微鏡，通常稱為低溫電鏡。   該技術涉及在極低的溫度下冷凍分子，靠近原子和分子完全停止運動的地方，然后用電子顯微鏡對其進行成像。

南加州大學最近在南加州大學邁克爾遜融合生物科學中心的納米成像卓越核心中心推出了新的冷凍電鏡設施。該研究的主要作者 Cornelius Gati 和南加州大學 Dornsife 科學家團隊觀察到 GAT-1 與 tiagabine 的復合物，并使用冷凍電鏡觀察兩者的相互作用。

這一新見解表明了一種以前未知的抑制 GAT-1 的機制，該機制涉及當 tiagabine 與其結合時蛋白質的整體形狀發(fā)生變化。該研究揭示的高度詳細信息可以幫助研究人員改進藥物或開發(fā)治療與 GABA 控制的神經元相關的疾病的新療法。這些發(fā)現對整個藥理學有直接影響，不僅在治療癲癇方面，而且在許多其他疾病方面，這些結果指向了進一步的研究途徑。

使用冷凍電鏡解析相互作用分子的結構被證明極具挑戰(zhàn)性。  GAT-1 是通過該技術解析的最小蛋白質之一，即使使用如此先進的技術也難以可視化。

該實驗有助于確定其他具有挑戰(zhàn)性的膜蛋白的結構，從而進一步了解藥物-蛋白質相互作用并改進治療方法。

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