Forskere belyser substratgenkendelse og protonkoblingsmekanisme for transporterprotein VMAT2

Vesikulær monoamintransporter 2 (VMAT2) er det eneste transportørprotein i centralnervesystemet, der medierer lagringen af ​​monoamin-neurotransmittere. Det spiller en afgørende rolle i at formidle nerveimpulstransmission og neurobeskyttelse.

I øjeblikket er de mekanismer, hvorved VMAT2 genkender og transporterer adskillige strukturelt forskellige monoamin-neurotransmittere og Parkinsons sygdomsinduceren MPP ⁺ er ikke klare, og den molekylære mekanisme for protonkoblet substrattransport skal også udforskes yderligere.

I en undersøgelse offentliggjort i Cell Research den 22. maj har et forskerhold ledet af prof. Zhao Yan fra Institut for Biofysik ved Det Kinesiske Videnskabsakademi (CAS) i samarbejde med prof. Jiang Daohua fra Institut for Fysik i CAS rapporteret om apo-strukturen af ​​mennesker vesikulær monoamintransportør 2 (hVMAT2) ved lav pH, de komplekse strukturer af vesikler, der vender mod dopamin, noradrenalin, histamin og neurotoksinet MPP ⁺ binding og den komplekse struktur af noradrenalinbinding i den cytosolvendte tilstand.

Disse strukturer afslører det strukturelle grundlag for VMAT2-substratgenkendelse og forfiner yderligere den molekylære mekanisme for protonkoblet substrattransport.

Selvom noradrenalin, dopamin, serotonin og MPP ⁺ har forskellige molekylære strukturer, viser de komplekse strukturer af VMAT2-binding til disse substrater, at de alle binder til lignende positioner på transporterproteinet. Imidlertid fører subtile forskelle i visse funktionelle grupper af disse substrater til signifikante og kritiske forskelle i deres interaktioner og bindingsmåder med transporterproteinet. Disse forskelle illustrerer, hvordan VMAT2 effektivt genkender forskellige substratmolekyler.

Forskerne rapporterede strukturerne af noradrenalin, der binder til VMAT2 i forskellige konformationer, herunder de cytosol-vendte og vesikel-vendende konformationer.

På trods af betydelige konformationelle ændringer i VMAT2 forbliver substratbindingslommen for noradrenalin relativt stabil under denne proces, uden signifikante ændringer i interaktioner med omgivende rester. Denne smarte konformationelle overgang er afgørende for funktionen af ​​VMAT2.

Ved at analysere strukturerne af VMAT2 ved forskellige pH-forhold blev det bekræftet, at D33 kan være et andet nøgleprotonationssted.

Ved grundigt at analysere de mekanismer, hvorved VMAT2 genkender forskellige strukturelt forskellige monoamin-neurotransmittere og neurotoksiner, foreslår dette arbejde en molekylær model for VMAT2-konformationelle ændringer og forfiner yderligere den specifikke mekanisme for protonkoblet substrattransport.

Disse resultater giver værdifuld indsigt til en omfattende forståelse af VMAT2-transporttilstanden, beriger vidensystemet for den store facilitator-superfamilie-substrattransport og lægger et vigtigt grundlag for lægemiddeludvikling og -optimering.

Flere oplysninger: Di Wu et al., Strukturelle snapshots af menneskelig VMAT2 afslører indsigt i substratgenkendelse og protonkoblingsmekanisme, Cell Research (2024). DOI:10.1038/s41422-024-00974-9

Journaloplysninger: Celleforskning

Leveret af Chinese Academy of Sciences