4月8日，中國科學院生物物理研究所趙巖研究組在國際學術期刊《自然-結(jié)構(gòu)與分子生物學》上發(fā)表研究論文。該研究利用單顆粒冷凍電鏡技術，首次解析了高親和力膽堿轉(zhuǎn)運蛋白CHT1（high-affinity choline transporter 1）的轉(zhuǎn)運調(diào)控機制。

CHT1介導的膽堿回收是乙酰膽堿合成的限速步驟，它的表達異常和功能障礙會誘發(fā)多種疾病，例如遺傳性運動神經(jīng)元病、肌無力綜合征、動脈粥樣硬化、抑郁癥和阿爾茲海默病等。然而，人們對CHT1識別膽堿的關鍵位點尚不明確，其構(gòu)象變化的結(jié)構(gòu)基礎以及小分子HC-3對轉(zhuǎn)運活性的抑制機制也有待闡明。

在結(jié)合了HC-3的CHT1外向結(jié)構(gòu)中，HC-3呈現(xiàn)出棒狀形態(tài)，并從外側(cè)插入底物結(jié)合口袋，將蛋白鎖定在外向開口狀態(tài)。在內(nèi)向膽堿結(jié)合狀態(tài)下，CHT1的胞內(nèi)口袋向內(nèi)開放，膽堿仍然被色氨酸三聯(lián)體穩(wěn)定。在內(nèi)向無底物結(jié)合狀態(tài)下，色氨酸三聯(lián)體口袋發(fā)生構(gòu)象變化，膽堿向胞內(nèi)溶劑側(cè)暴露，進而導致膽堿從底物結(jié)合口袋中釋放。

此外，胞內(nèi)短螺旋IH1也是CHT1轉(zhuǎn)運過程中發(fā)揮作用的重要元件。在外向的CHT1結(jié)構(gòu)中，IH1螺旋參與維持了構(gòu)象的穩(wěn)定。當?shù)孜锱cCHT1結(jié)合，CHT1從外向轉(zhuǎn)變到內(nèi)向狀態(tài)。此時，IH1螺旋被釋放，暴露了CHT1的胞內(nèi)口袋，促進了轉(zhuǎn)運的發(fā)生。進一步實驗表明，IH1螺旋缺失突變體完全喪失了底物轉(zhuǎn)運活性，且無法從內(nèi)向轉(zhuǎn)變到外向狀態(tài)。

綜上，該研究解析了外向HC-3結(jié)合狀態(tài)、內(nèi)向無底物結(jié)合狀態(tài)和內(nèi)向膽堿結(jié)合狀態(tài)的CHT1高分辨率結(jié)構(gòu)；并借助放射性同位素示蹤、底物攝取實驗和分子動力學模擬等一系列實驗方法，闡釋了CHT1識別和轉(zhuǎn)運膽堿的分子模型以及HC-3抑制轉(zhuǎn)運活性的機制，并為新型CHT1靶向藥物的開發(fā)提供了結(jié)構(gòu)基礎。