3月24日，Nature Structural & Molecular Biology在線發(fā)表了中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心竺淑佳研究組撰寫的題為Distinct structure and gating mechanism in diverse NMDA receptors with GluN2C and GluN2D subunits的研究論文。該研究結(jié)合單顆粒冷凍電鏡、質(zhì)脂體單通道記錄、電壓鉗記錄、分子動(dòng)力學(xué)模擬、質(zhì)譜分析、生化驗(yàn)證等多維度技術(shù)，揭示了含GluN2D亞基NMDA受體的門控機(jī)制和功能特征，詮釋了含GluN2C亞基NMDA受體的不對(duì)稱幾何構(gòu)象及特異性變構(gòu)調(diào)節(jié)的機(jī)制。該研究為深度理解NMDA受體不同亞型的功能多樣性及開發(fā)亞型選擇性的小分子藥物奠定了理論基礎(chǔ)（圖1）。 

　　NMDA受體是介導(dǎo)大腦突觸信號(hào)傳遞和突觸可塑性的離子通道，參與并調(diào)控神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育、學(xué)習(xí)和記憶，同時(shí)，其功能異常與諸多神經(jīng)或精神疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，是藥物研發(fā)的重要靶點(diǎn)。哺乳動(dòng)物大腦中的不同亞型NMDA受體，其表達(dá)分布和生物物理學(xué)性質(zhì)具有多樣性。含有GluN2A或GluN2B亞基的受體具有較高的通道開放概率和較低的激動(dòng)劑親和力。相反，含有GluN2C或GluN2D亞基的受體具有較低的通道開放概率和較高的激動(dòng)劑親和力。然而，決定這些功能多樣性的分子基礎(chǔ)知之甚少。 

　　GluN2D富集表達(dá)于下丘腦、杏仁核等與情緒調(diào)節(jié)密切相關(guān)的腦區(qū)。竺淑佳研究組發(fā)現(xiàn)，GluN1-N2D受體具有一個(gè)比其他亞型更閉合的氨基端結(jié)構(gòu)域，從而使它具有較低的通道開放概率。競(jìng)爭(zhēng)性拮抗劑R-CPP能夠通過撐開谷氨酸結(jié)合口袋，進(jìn)而抑制離子通道的開放。GluN1上的可變剪接5號(hào)外顯子可以使激動(dòng)劑結(jié)合結(jié)構(gòu)域扭轉(zhuǎn)，從而提高離子通道的開放活性。鑒于GluN1-N2D受體的離子通道開放概率與GluN1-N2A受體相差50倍，研究基于結(jié)構(gòu)在相互作用交界面引入一對(duì)二硫鍵，發(fā)現(xiàn)交聯(lián)顯著性地提高了GluN1-N2D受體的通道活性（圖2a-d）。上述成果揭示了GluN1-N2D亞型的門控機(jī)制以及決定其生物物理特征的分子基礎(chǔ)。 

　　研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，GluN1-N2C受體采取了與經(jīng)典NMDA受體所不同的特殊非對(duì)稱構(gòu)象。該特性決定了小分子藥物PYD-106只能結(jié)合相同基因編碼的兩個(gè)GluN2C中的一個(gè)亞基（圖2e、f）。此外，研究還解析了在小腦顆粒細(xì)胞中高表達(dá)的GluN1-N2A-N2C受體的結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，GluN1-N2A-N2C受體中的GluN2A和GluN2C亞基分別整合了對(duì)應(yīng)二異四聚體中的一個(gè)單體構(gòu)象（圖2g）。該研究首次揭示了GluN1-N2C受體的特殊非對(duì)稱幾何學(xué)特性，闡釋了小分子PYD-106選擇性作用于GluN1-N2C受體的機(jī)制。 

　　研究工作得到科技部、國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中科院、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)的支持。 

　　圖1.決定不同NMDA受體功能多樣性的分子基礎(chǔ)。a、不同NMDA亞型在不同發(fā)育階段的全腦分布（引自Paoletti et al., 2013）；b-c、不同NMDA受體亞型的三維結(jié)構(gòu)及決定功能多樣性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。 　　  

　　圖2.含有GluN2D和GluN2C受體的三維結(jié)構(gòu)、門控機(jī)制和藥理學(xué)特性。a、GluN1-N2D受體的三維結(jié)構(gòu)；b、甘氨酸、谷氨酸和競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑R-CPP在其結(jié)合口袋中的電子密度云；c-d、GluN1^E698C-N2D突變型受體在二硫鍵交聯(lián)和非交聯(lián)狀態(tài)下的三維構(gòu)象和單通道性質(zhì)；e、GluN1-N2C受體的三維結(jié)構(gòu)；f、GluN1-N2C受體的非對(duì)稱性構(gòu)象及選擇性變構(gòu)抑制劑PYD-106的結(jié)合口袋；g、GluN1-N2A-N2C受體的組裝模式和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。