大脑关键受体的结构变化使它们能够应对恶劣的环境

在中风或癫痫发作期间，大脑受影响部分的神经元以异常快的速度发出信号。这种情况的一个副产品是大脑的pH值明显下降，使局部环境不那么持久。

使用一种称为cryo-EM的强大显微方法，冷泉港实验室(CSHL)的生物学家发现，大脑生理学的一个关键元素——一种称为NMDA受体的兴奋性神经递质的停靠端口——可以在这种恶劣的环境中发挥作用。

由CSHL教授Hiro Furukawa领导的团队发布了一张低pH值的NMDA受体变体的高分辨率图像。“我们至少在20年前就知道不同类型的NMDA受体明显起作用，特别是在癫痫和中风引起的酸化环境中，”Guhe说。"到目前为止，我们还不明白潜在的分子机制."

NMDA受体位于兴奋性神经元的膜上，在膜上形成小孔，通过“控制”带电原子或离子的流入流出来控制电信号。当大脑学习和形成新的记忆时，NMDA受体是活跃的。这种受体的功能障碍被认为涉及许多疾病，包括神经退行性疾病、疼痛、抑郁和精神分裂症。

Furukawa的研究小组展示了NMDA受体蛋白质组成的轻微变化，这要归功于一种称为选择性剪接的细胞机制——这种过程使单个基因能够产生单个蛋白质的不同变体。存在于大脑中的受体的“剪接变体”导致对酸性环境的敏感性低于其他形式。

NMDA受体就是科学家所说的四聚体——把它想象成一个由四种蛋白质组成的管子，它连接着神经元内部和外部环境。这四种蛋白质以这样的方式交织在一起，它们留下了一个穿过它们中心的空间离子通道。

这四种受体蛋白分为两组——“亚单位”，称为GluN1和GluN2。Furukawa的团队对一种受体变体进行了成像，其中一些GluN1亚单位发生了轻微变化。这种变化通过将GluN1和GluN2亚单位吸引到更紧密的拥抱中来改变受体的结构。这进而改变了与pH传感器所在的较大结构的一部分的界面。

结果，整个受体对pH变化的敏感性降低。“我们从大自然中了解到，当环境恶化时，这种受体可以保持完整，”古河说。"像这样的研究为创造治疗方法以解决这一重要受体的功能障碍提供了信息."

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