2021年2月22日訊/生物谷BIOON/---在一項新的研究中，來自澳大利亞悉尼大學(xué)和美國伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的研究人員揭示了我們細胞中*重要的分子機器之一---谷氨酸轉(zhuǎn)運體（glutamate transporter）---的形狀，這有助于解釋我們的腦細胞如何相互溝通。相關(guān)研究結(jié)果于2021年2月17日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Glutamate transporters have a chloride channel with two hydrophobic gates”。
谷氨酸轉(zhuǎn)運體是我們所有細胞表面上的微小蛋白，它們能開啟和關(guān)閉化學(xué)信號，在確保所有細胞間對話順利進行方面發(fā)揮著重要作用。它們還參與神經(jīng)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、代謝以及學(xué)習(xí)和記憶。
這些研究人員利用低溫電子顯微鏡（cryo-EM）非常詳細地捕捉到了谷氨酸轉(zhuǎn)運體的結(jié)構(gòu)圖，結(jié)果表明它們看起來就像嵌入到細胞膜中的“扭曲電梯（twisted elevator）”。
這一在世界上**取得的發(fā)現(xiàn)開啟了一個全新的可能性領(lǐng)域：研究谷氨酸轉(zhuǎn)運體的缺陷是否可能是阿爾茨海默病等神經(jīng)系統(tǒng)**背后的原因。
論文共同**作者、悉尼大學(xué)的Ichia Chen博士生說，“我**次看到這個圖像的時候很驚訝。它揭示了谷氨酸轉(zhuǎn)運體的工作原理，并解釋了之前多年的研究。”
多任務(wù)的谷氨酸轉(zhuǎn)運體
這些研究人員通過使用cryo-EM分析被困在薄冰層中的數(shù)千張圖像，能夠“拍攝”到谷氨酸轉(zhuǎn)運體的結(jié)構(gòu)。
cryo-EM是一種高靈敏的顯微鏡，它使得這項研究成為可能。它利用電子束拍攝生物分子，可以讓肉眼看不見的東西變得可見。
這些研究結(jié)果也證實了科學(xué)家們一段時間以來的猜測：谷氨酸轉(zhuǎn)運體是多任務(wù)者。論文共同通訊作者、悉尼大學(xué)醫(yī)學(xué)與健康學(xué)院的Renae Ryan教授說，“利用cryo-EM，我們**揭開了谷氨酸轉(zhuǎn)運體是如何進行多任務(wù)處理的---執(zhí)行雙重功能，即在細胞膜上移動化學(xué)物質(zhì)（如谷氨酸），同時還能讓水和氯離子同時通過。這些分子機器使用一種非常扭曲的類似電梯的機制來移動他們的貨物穿過細胞膜。但它們還有一個額外的功能：它們可以讓水和氯離子穿過細胞膜。我們研究這種雙重功能已經(jīng)有一段時間了，但是在此之前我們從未能夠解釋谷氨酸轉(zhuǎn)運體是如何做到這一點的。利用包括cryo-EM和計算機模擬在內(nèi)的技術(shù)組合，我們捕捉到了這種罕見的狀態(tài)，我們可以觀察到這兩種功能同時發(fā)生。”
Ryan教授說，“了解我們細胞中的這些分子機器如何起作用，使得我們能夠解釋它們在**狀態(tài)下的缺陷，也給我們提供了如何利用**來靶向這些分子機器的線索。”
彌合**中缺陷的關(guān)鍵
繪制出谷氨酸轉(zhuǎn)運體的詳細結(jié)構(gòu)圖，對于人們了解我們的身體是如何起作用的，以及一些**背后的機制是一個重要的工具。
谷氨酸轉(zhuǎn)運體的缺陷與諸如阿爾茨海默病和中風(fēng)之類的許多神經(jīng)系統(tǒng)**有關(guān)。這還包括罕見的**，如發(fā)作性共濟失調(diào)（episodic ataxia），即一種影響運動并導(dǎo)致周期性癱瘓的**，它由氯離子通過腦細胞中的谷氨酸轉(zhuǎn)運體不受控制地泄漏引起。
論文共同**作者、悉尼大學(xué)的Qianyi Wu博士說，“了解控制氯離子正常流動的谷氨酸轉(zhuǎn)運體的結(jié)構(gòu)，可能有助于設(shè)計能夠‘堵住’發(fā)作性共濟失調(diào)中的這種氯離子通道的**。”
團隊合作的成果
這篇論文是澳大利亞和美國的研究人員開展7年研究工作的結(jié)果。這項研究還強調(diào)了高分辨率顯微鏡對理解生物過程的重要性和潛力。
論文共同通訊作者、悉尼大學(xué)的Josep Font博士說，“我們真地很高興能在悉尼大學(xué)悉尼顯微鏡與顯微分析設(shè)施使用新的Glacios cryo-EM。有機會在‘內(nèi)部’使用這種顯微鏡將加速我們的研究和對這些重要分子機器的理解。”（生物谷 Bioon.com）
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