Ученые раскрыли механизмы транспорта и ингибирования VMAT2 с помощью крио-ЭМ

Нейромедиаторы, такие как моноамины серотонин, дофамин и гистамин, играют ключевую роль в неврологической деятельности. Для хранения и последующего высвобождения они должны транспортироваться из цитозоля пресинаптических нейронов в синаптические везикулы.

Упаковку моноаминов в везикулы осуществляет везикулярный моноаминовый транспортер 2 (VMAT2). Некоторые препараты, нацеленные на VMAT2, используются для лечения гипертонии и гиперактивных расстройств.

Человеческий VMAT2 — это маленький мембранный белок с молекулярной массой всего 56 кДа, что крайне затрудняет его анализ методом крио-ЭМ. Группа профессора Цзян Даохуа преодолела эту проблему, подобрав белки-«помощники» (фьюжн-белки), и реконструировала высокоразрешающие структуры VMAT2 в комплексе с тремя клиническими препаратами и субстратом серотонином.

В сочетании с функциональными экспериментами и молекулярно-динамическим моделированием исследователи описали молекулярные механизмы распознавания субстрата и лекарственного ингибирования VMAT2. Исследование «Transport and inhibition mechanism of human VMAT2» опубликовано в Nature.

Структуры, полученные методом крио-ЭМ, были определены в трех состояниях:

• Обращенном к цитоплазме
• Окклюдированном (закрытом)
• Обращенном к просвету везикулы

Эти состояния представляют три типичные конформации в транспортном цикле VMAT2. Структуры также раскрыли механизмы ингибирования разными препаратами:

• Резерпин конкурирует с серотонином за связывание с VMAT2 в конформации, обращенной к цитоплазме.
• Тетрабеназин стабилизирует VMAT2 в окклюдированном состоянии.
• Кетансерин стабилизирует VMAT2 в состоянии, обращенном к просвету.

Кроме того, структуры VMAT2, связанного с серотонином, показали конформацию, обращенную к просвету, что благоприятствует высвобождению субстрата. Это дает важное понимание различных фармакологических свойств резерпина, тетрабеназина и кетансерина.

Исследование углубляет понимание функций VMAT2 и способствует изучению механизмов распознавания субстрата, лекарственного ингибирования и разработки препаратов. Стратегия использования фьюжн-белков, примененная в этой работе, может быть использована для других малых мембранных белков, что облегчит структурный анализ мембранных транспортеров и других мелких белков с помощью крио-ЭМ.