GABA_A 受体是一种重要的神经递质受体，负责在大脑中传递抑制性神经信号。GABA_A受体的功能障碍与多种神经系统疾病和精神疾病相关，例如癫痫、焦虑和抑郁症。此外，GABA_A 受体还受到多种化学物质、药物的调控和影响，在临床上有重要应用。因此，深入了解 GABA_A受体的结构和功能对于开发新型药物至关重要。

人类GABA_A受体通常是由19个不同亚基组合而成的异聚体，但这些亚型的排列组装原理是什么？在对GABA_A受体配体门控机制的理解方面，以往研究揭示了该受体在脱敏状态下的构象，但当有GABA存在时，GABA如何在界面上选择性结合？结合信号如何快速有效地传递以打开一个完整的离子通道？2018年8月，加州大学洛杉矶分校周正洪教授团队和叶升实验室等，在Cell Research杂志在线发表题为“Cryo-EM structure of the human α5β3 GABA_A receptor”的研究成果。

团队使用单颗粒冷冻电镜技术(Cryo-EM)，解析了人源α5β3 GABA_A受体在3.51 Å分辨率、开放状态下的三维结构，从而揭示了异源五聚α5β3 GABA_A受体特殊的亚基组装形式，以及GABA激活GABA_A氯离子通道开放的机制；为围绕GABA_A受体开展大量生物物理学、药理学研究和药物开发及临床治疗提供了新的思路。

他们首先过表达并纯化了人α5β3 GABA_A 受体，并用纳米抗体 Nb25 进行标记β3胞外结构域(ECD)，以便于后续的cryo-EM分析。通过分析大量的冷冻电子断层扫描技术 (cryo-EM) 所示的显微图像和单颗粒分析，研究人员获得了α5β3 GABA_A 受体在开放通道状态下的3.51 Å 高分辨率结构，并阐明含有α和β亚基的GABA_A受体的组装原理和配体门控机制。

与以往猜测不同，α5β3 GABA_A受体是由一个α5亚基和四个β3亚基组成的，以准对称排列形成一个圆柱形的中心离子通道（图1），3个Nb25结合在两个亚基相邻的ECD界面上。每个亚基包含一个围绕细胞外前庭的大N端ECD和一个C端四螺旋束跨膜结构域（TMD），形成一个漏斗状的跨膜通道；从密度略低的角度判断，两侧Nb25结合松散。

研究人员发现 GABA 结合位点位于其受体的 β(+) / α(−) 界面，由来自 β3 亚基和 α5 亚基的六个环状结构共同形成。GABA 与这些环状结构中的芳香族氨基酸残基（比如图2的Y97、Y157、F200、Y205）形成紧密的相互作用，形成一个紧密排列的芳香笼，从而被结合。

与 β3 GABA_A 受体的失活状态结构相比，α5β3 GABA_A 受体的开放通道状态结构显示出，开放时：

①细胞外结构域的上部扩张（上部两个相对亚基间隔从约57.4 Å到约61.4 Å，图3j到k）

②跨膜结构域相对于孔轴逆时针旋转约8°（图3l, m）

这些距离和角度的构象变化导致通道孔径扩大，允许氯离子通过，从而实现神经信号的传递。

研究得到了蛋白质原子分辨率结构，首次解析了人α5β3 GABA_A 受体的开放通道状态结构，为进一步研究其他GABA_A受体亚型的结构和功能、研究 GABA_A受体与其他蛋白质的相互作用提供重要信息。研究结果表明，α5β3 GABA_A 受体具有独特的亚基组成和通道开放机制，这为开发治疗神经系统疾病的新型药物提供了新的思路。

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