Nature | 望石技术应用案例：VMAT2的转运及药物抑制的分子机制

发布时间： 2023-12-12

　浏览次数： 5

2023年12月11日，望石智慧研究团队作为共同第一作者与中国科学院物理所姜道华研究员团队和中国科学院生物物理研究所赵岩研究员团队在Nature发表了题为“Transport and inhibition mechanisms of human VMAT2”的研究论文，揭示了VMAT2在运输单胺底物过程中的构象变化及转运机制。

VMAT2是大脑中最重要的囊泡单胺转运蛋白，负责将5羟色胺、多巴胺、肾上腺素、去甲肾上腺素和组胺等神经递质转运到囊泡中储存，以便受到外界刺激后释放单胺神经递质。目前在临床上，VMAT2作为治疗高血压、亨廷顿舞蹈症等运动障碍、精神性焦虑的药物靶点。利血平（Reserpine, RES）和丁苯那嗪（Tetrabenazine, TBZ）是两种经典的VMAT2抑制剂。从20世纪50年代起，利血平被广泛用于治疗高血压。丁苯那嗪在临床上用于治疗亨廷顿舞蹈症等多动性运动障碍，年销售额达到10亿美元。尽管许多研究揭示了VMAT2的生物学和药理学性质，但是对于VMAT2的底物转运机制及药物分子的抑制机制仍不清楚。

VMAT2分子量仅为56 kDa, 利用冷冻电镜解析如此小的膜蛋白非常困难。为了解决这个难题，作者通过筛选融合蛋白位点，成功得到性质更加稳定，分子量增大的VMAT2样品用于冷冻透射电镜数据采集，同时，研究者基于实验密度的形状和BCP点分析（JCIM封面文章|望石原创研究成果助力AIDD行业突破数据困境）得到了小分子（三种药物分子及底物5羟色胺）的结合姿态，并且通过分子动力学加以验证，最终获得了处于胞质朝向、闭塞状态及囊泡腔朝向的不同构象的VMAT2-小分子复合物结构，这些结构代表了VMAT2完整转运循环中的三种典型构象（图1）。在获得复合物结构的基础上，结合功能实验与分子模拟（ACS Omega 封面 | 基于逆合成深度学习模型的药物分子解离速率常数的预测），研究者提出一种底物转运机制：即一个质子通过与底物竞争结合来促进底物释放，另一个质子通过中央腔内部的氢键网络来驱动构象转换。