6月29日《神经元》在线发表研究论文《人源GluN1-GluN2A NMDA受体的门控机制和一个全新小分子结合位点》。该研究由中国科学院脑科学与智能技术创新卓越中心(神经科学研究所)、上海脑科学与类脑研究中心和神经科学国家重点实验室朱书佳研究组共同完成。本研究通过高分辨率冷冻电镜分析了一系列与不同小分子化合物结合的人NMDA (N-甲基-D-天冬氨酸)受体GluN1-GluN2A亚型的结构，探索了不同小分子结合下受体的门控机制，发现了一个全新的小分子结合位点。本研究丰富了NMDA受体的神经药理学特性，为进一步了解NMDA受体的结构与功能之间的关系提供了新的分子机制。 　　

　　NMDA受体作为一种重要的兴奋性离子型谷氨酸受体，在神经系统的发育和形成以及突触可塑性中起着重要作用。NMDA受体通常由两个结合甘氨酸的必需亚单位GluN1和两个结合谷氨酸的可变亚单位GluN2组成(2A-2D)，其功能障碍与中枢神经系统和精神疾病(如抑郁症、精神分裂症、帕金森病和阿尔茨海默病)密切相关。这些神经精神疾病给患者及其家属带来痛苦，是临床上亟待解决的重要问题。因此，深入研究生理状态下NMDA受体的构象和功能，揭示新的小分子结合位点，对于研发针对NMDA受体功能障碍的新药具有重要意义。 　　

　　通过冷冻电镜分析了一系列不同生理状态下的高分辨率GluN1-GluN2A NMDA受体结构(图1)。研究人员引入一对半胱氨酸交联使受体更活跃，发现GluN1亚基和GluN2A亚基的配体结合域二聚体有向内旋转构象变化，验证了之前的功能和动力学模拟研究。 　　

　　研究人员分别使用具有高亲和力的GluN2A亚基竞争性抑制剂CPP和GluN1亚基竞争性抑制剂CGP-78608来模拟受体抑制的封闭状态。与激动剂结合的受体结构相比，发现配体结合结构域处于开放构象。随着配体结合结构域构象的打开，铰链区失去了对门控通道结构域的牵引力，然后门控通道关闭。为了探索变构调节的机制，研究人员进一步使用GNE-6901，一种对GluN2A亚基特异的正变构调节剂，来结合GluN1-GluN2A蛋白。前期研究发现，这种小分子通过作用于GluN2A亚基组成的NMDA受体，可以促进CA1锥体神经元的兴奋性突触后电位，改善脑功能。通过冷冻电镜对GNE-6901结合的NMDA受体的结构分析表明，小分子的结合引起GluN1和GluN2A亚基之间的分子间二聚体的构象变化，使受体的门控通道处于相对开放的构象。 　　

　　首次在NMDA受体上发现了一个全新的小分子结合位点。研究人员使用开放通道抑制剂9-AA与受体结合，并分析了其三维结构。发现小分子9-AA位于受体跨膜结构域中门控通道的连接结构域，这与以往功能实验预测的传统通道抑制剂的结合位点完全不同。为了验证小分子的作用机制，研究人员通过电生理实验证实，GluN1和GluN2A连接处的一对谷氨酸的突变会影响小分子对受体的作用，从而为小分子在这里的结合提供了功能验证。这项工作丰富了NMDA受体的结构和药理研究，完整地解释了其作为离子通道的门控机制，为药物设计、筛选和新药研发提供了重要的理论依据(图2)。 　　

　　浙江大学脑卓越中心、中国科学院生物物理研究所、上海科技大学冷冻显微镜平台为本研究的数据收集提供了支持。本研究得到了国家自然科学基金，科技部，中国科学院，上海