인간 EAAT2의 리간드 결합 모드의 구조적 기초

Nature Communications 13권, 기사 번호: 3329(2022) 이 기사 인용

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중추신경계(CNS)에서 흥분성 아미노산 수송체(EAAT)는 흥분성 신경전달물질인 글루타메이트의 흡수를 중재하고 신경세포 독성을 피하기 위해 시냅스 틈에서 낮은 농도를 유지합니다. EAAT의 기능 장애는 많은 정신 질환을 유발할 수 있습니다. 여기서 우리는 기질 글루타메이트 또는 선택적 억제제 WAY-213613이 있는 상태에서 안쪽을 향한 구조로 인간 EAAT2의 저온 EM 구조를 보고합니다. 글루타메이트는 광범위한 수소 결합으로 조정되며 HP2에 의해 더욱 안정화됩니다. 억제제 WAY-213613은 기질 글루타메이트와 유사한 결합 포켓을 차지합니다. WAY-213613과 결합하면 HP2는 실질적인 구조 변화를 겪고 소수성 상호 작용을 형성하여 억제제 결합을 안정화시킵니다. 전기생리학적 실험은 독특한 S441이 hEAAT2와 글루타메이트 또는 WAY-213613의 결합에서 중추적인 역할을 하고, I464-L467-V468 클러스터가 WAY-213613에 의한 이 수송체의 선택적 억제를 위한 핵심 구조 결정자 역할을 한다는 것을 밝혀냈습니다.

글루타메이트는 주요 흥분성 신경전달물질로 포유류 중추신경계 발달에 중요한 역할을 하며 학습, 인지 및 기억 통합과 같은 정상적인 뇌 기능에 참여합니다1. 또한, 과도한 글루타메이트는 흥분 독성을 유발할 수 있으며, 이는 글루타메이트 수용체의 과도한 자극을 통해 신경 세포를 죽일 수 있습니다2. 따라서 세포외액에서 낮은 농도의 글루타메이트를 유지하는 것이 중요합니다. EAAT는 5가지 하위 유형(EAAT1-EAAT5)을 포함하는 흥분성 아미노산 수송체로 알려져 있으며, 글루타메이트를 신속하게 결합하여 시냅스 전 또는 성상교세포로 다시 운반하여 시냅스 틈에서 글루타메이트를 제거하는 역할을 하며, 이는 종료에 기여합니다. 시냅스 활동 및 잠재적으로 세포 독성이 있는 세포외 글루타메이트 제거3. 5개의 EAAT 중 인간 EAAT2(hEAAT2)는 성상교세포에서 주로 발현되며 엘리베이터 메커니즘에 의해 전뇌에서 글루타메이트 흡수의 90-95%를 담당하는 것으로 보고되었습니다3,4. 따라서 hEAAT2는 뉴런을 보호하는 가장 중요한 EAAT 중 하나인 시냅스 틈에서 세포외 글루타메이트를 낮은 수준으로 유지할 수 있습니다5,6. hEAAT2의 결핍은 진행성 신경 세포 사멸과 주요 우울 장애, 간질, 알츠하이머병, 뇌졸중, 파킨슨병, 근위축성 측삭 경화증(ALS)을 포함한 정신 질환 또는 신경 질환을 유발하므로 hEAAT2는 잠재적인 치료 표적이 됩니다6,7,8.

EAAT는 구조적으로 고세균 동족체인 GltPh와 유사하며, 모두 3개의 동일한 프로토머로 구성된 동종삼량체입니다9,10. 개별 프로토머는 8개의 막관통 나선(TM 1-8)과 2개의 헤어핀 루프(HP)를 2개의 도메인으로 구성합니다. 스캐폴드 도메인은 전송 도메인 안정화를 담당하는 TM1, 2, 4 및 5로 구성됩니다. 전송 도메인에는 TM 3, 6, 7, 8, HP1 및 HP2가 포함됩니다. 이전 연구에 따르면 EAAT의 개별 하위 단위는 기질을 독립적으로 운반할 수 있으며 기질 결합 부위는 TM7(NMDGT 모티프), TM8의 중앙 풀린 영역과 HP1 및 HP23,9의 팁으로 구성됩니다.

고세균 상동체(GltPh4,9,10,14,15,GltTk16,17,18)와 4개의 인간 SLC1 수송체(hEAAT119, hEAAT320, hASCT121 및 hASCT222,23,24,25)의 구조가 해결되었으며, 이들은 공유됩니다. TM7, TM8, HP1 및 HP2를 포함한 리간드 결합 포켓에서 높은 서열 보존. 그러나 hEAAT2가 이들 상동체와 낮은 서열 동일성을 공유하기 때문에(GltPh 및 GltTk와 34% 서열 동일성, hEAAT1 및 hEAAT3과 50% 서열 동일성, hASCT1과 42% 및 39% 서열 동일성을 공유하므로) hEAAT2의 구조를 결정하는 것이 여전히 바람직합니다. 및 hASCT2). WAY-213613은 hEAAT1 및 hEAAT3(IC50은 각각 5μM 및 3.8μM)에 비해 59배 및 44배의 친화성을 갖는 hEAAT2(IC50은 85nM)에 대한 강력하고 매우 선택적인 억제제입니다26. 그러나 WAY-213613이 hEAAT2에 의한 글루타메이트 수송을 매우 선택적으로 억제하는 메커니즘은 아직 파악하기 어렵습니다.