?子科生物報(bào)道：乙酰膽堿是一種重要的神經(jīng)遞質(zhì)，在中樞及外周神經(jīng)系統(tǒng)中都發(fā)揮不可或缺的作用，與學(xué)習(xí)記憶、骨骼肌收縮、心率和血壓調(diào)節(jié)、腸道蠕動(dòng)以及腺體分泌等生理過程密切相關(guān)。乙酰膽堿的缺乏會(huì)引發(fā)多種疾病，如阿爾茲海默癥和重癥肌無力等。VAChT（SLC18A3）蛋白在膽堿能神經(jīng)元中特異性表達(dá)，負(fù)責(zé)將胞質(zhì)中的乙酰膽堿包裝到突觸囊泡中，這是乙酰膽堿能夠正常被突觸分泌并發(fā)揮功能的前提。小鼠中VAChT的基因敲除或敲低會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的運(yùn)動(dòng)缺陷和認(rèn)知障礙。同時(shí)，VAChT的遺傳突變也會(huì)引起人類先天性肌無力綜合征。鑒于VAChT的表達(dá)特異性，它的靶向性結(jié)合分子可以用于膽堿能神經(jīng)元的標(biāo)記。目前，vesamicol是應(yīng)用最為廣泛的VAChT抑制劑，它的衍生物以及F18同位素標(biāo)記物有望被用于特定神經(jīng)退行性疾病的早期診斷，如阿爾茲海默癥等。

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張哲研究員課題組于6月11日在Cell Research雜志發(fā)表了題為“Structural insights into VAChT neurotransmitter recognition and inhibition”的研究論文。該項(xiàng)工作報(bào)道了人源VAChT蛋白分別與底物乙酰膽堿以及抑制劑vesamicol結(jié)合的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬以及功能實(shí)驗(yàn)，本研究闡明了VAChT識(shí)別底物和抑制劑的分子機(jī)制（如圖）。

 VAChT識(shí)別抑制劑vesamicol和底物乙酰膽堿（ACh）的分子機(jī)制

本課題組利用此前在囊泡單胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白VMAT2（SLC18A2）研究中所開發(fā)的蛋白改造方法（Pidathala et al.  Nature 2023），解析了VAChT與vesamicol以及底物乙酰膽堿結(jié)合的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)。在這些結(jié)構(gòu)中，VAChT均呈現(xiàn)MFS超家族轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的經(jīng)典lumen-facing構(gòu)象。Vesamicol結(jié)合在VAChT中帶負(fù)電的口袋。其中，VAChT第398位天冬氨酸通過靜電相互作用與vesamicol結(jié)合，對(duì)其識(shí)別至關(guān)重要。而乙酰膽堿的結(jié)合位點(diǎn)與vesamicol部分重合，由此表明，vesamicol可能通過與底物競爭結(jié)合位點(diǎn)而抑制VAChT的轉(zhuǎn)運(yùn)活性。然而，vesamicol也可能將VAChT鎖定在lumen-facing構(gòu)象而阻礙其功能。通過比較VAChT和VMAT2的底物結(jié)合模式，作者進(jìn)一步提出，整個(gè)SLC18家族蛋白均利用一個(gè)保守的酸性氨基酸殘基識(shí)別底物中帶部分正電的膽堿或氨基基團(tuán)，而二者則利用結(jié)合位點(diǎn)處幾個(gè)不保守的氨基酸殘基實(shí)現(xiàn)了對(duì)各自底物的特異性選擇。總之，該研究加深了人們對(duì)VAChT乃至整個(gè)SLC18家族蛋白底物識(shí)別機(jī)制的理解，并為針對(duì)vesamicol和VAChT的藥物設(shè)計(jì)提供了重要參考。