Atomowa interakcja zachowana przez ponad 600 milionów lat reguluje hamujące przekaźnictwo nerwowe
An atomic interaction conserved for over 600 million years gates inhibitory neurotransmission
W skrócie
[Preprint - wstępne wyniki] Naukowcy odkryli starożytną cząsteczkową interakcję w receptorach mózgu, która jest kluczowa dla prawidłowego działania hamujących sygnałów nerwowych odpowiadających za stabilność sieci neuronowych. Badacze wykazali, że specyficzne wiązanie wodorowe między atomami w strukturze receptora jest niezbędne do otwarcia kanału jonowego, a jego uszkodzenie prowadzi do zmniejszonej wrażliwości receptora na sygnały - co tłumaczy, dlaczego mutacje tego regionu powodują epilepsję i inne zaburzenia nerwowe.
Oryginalny abstract (angielski)
Pentameric ligand-gated ion channels (pLGICs) mediate fast inhibitory neurotransmission critical for neuronal network stability. A tyrosine residue in the M2-M3 linker of inhibitory pLGICs, conserved for over 600 million years, is positioned where it could hydrogen bond (H-bond) to the backbone of the neighboring Cys-loop. Given the pathogenic effects of variants of this tyrosine, we hypothesized that this H-bond stabilizes extracellular-to-transmembrane domain coupling essential for channel gating. To test this hypothesis, we used site-directed mutagenesis, noncanonical amino acid incorporation, and electrophysiological recordings in Xenopus laevis oocytes to disrupt this hydrogen bond in GABA A and glycine receptors. Loss of this interaction via tyrosine substitutions or backbone amide modifications that ablate the acceptor or donor, respectively, markedly decrease agonist sensitivity and maximal channel activation, with effects localized to specific subunits. Molecular dynamics simulations support a role for this H-bond in channel gating. These findings reveal a critical atomic interaction underlying a shared mechanism for inhibitory receptor gating and provide a mechanistic explanation for disease-associated mutations linked to epilepsy, neurodevelopmental disability, and hyperekplexia.