从经验中学习、记住故事、改变态度……我们所有的行为都源于神经元(神经递质)之间化学物质的交换。揭示当神经元在突触处相互交谈时在分子水平上到底发生了什么对于理解整个人类大脑至关重要，这对于解决心理健康问题尤其关键。

最近一项研究的作者观察并描述了神经元膜中蛋白质的结构，该蛋白质的作用就像一扇门，可以打开和关闭。在这方面，蛋白质 Asc1/CD98hc(Asc1 的缩写形式)是某些对学习和记忆至关重要的氨基酸的特异性转运蛋白。

这项工作发表在《自然通讯》上，是西班牙国家癌症研究中心 (CNIO)、生物医学研究所 (IRB 巴塞罗那)、拉拉斯生物医学研究中心 (CIBERER) 和西班牙大学合作完成的巴塞罗那。

蛋白质 Asc-1 的活性与多种精神疾病有关，解开其 3D 结构将有助于开发对这些疾病的新药。

CNIO 的 Óscar Llorca 博士说：“调节 Asc-1 活性可以作为中风和精神分裂症等疾病的治疗策略。以原子分辨率确定 Asc-1 的结构非常重要，因为它可以促进寻找改变其活性的化合物。”

“IRB 巴塞罗那、CNIO 和 UB 之间的合作在揭开 Asc-1 之谜方面发挥了关键作用，让我们对其结构和功能有了前所未有的了解。这一突破不仅揭示了基本认知过程背后的复杂细胞机制，而且使我们更接近开发对一系列神经系统疾病的更精确的治疗干预措施。”氨基酸转运蛋白和疾病负责人 Manuel Palacín 博士补充道巴塞罗那 IRB 实验室和 UB 生物学院生物化学和分子生物医学系教授。

来自巴塞罗那大学和 CIBERER 的 Ekaitz Errasti-Murugarren 博士与 Óscar Llorca 博士和 Manuel Palacín 博士一起也是这项研究的合著者。第一作者是 Josep Rullo-Tubau(IRB 巴塞罗那)和 María Martínez Molledo 博士(CNIO)。

这项工作主要由“la Caixa”基金会和科学、创新和大学部资助。

对神经系统疾病的影响

体内所有细胞的膜上都有门，通过这些门与外部环境交换物质：根据细胞的需要不断打开和关闭的蛋白质。这些门可以向内打开以吸收氨基酸等分子，也可以通过形状改变向外打开以释放它们，反之亦然。

Asc-1 蛋白主要存在于大脑海马体和大脑皮层的神经元中。它专门引入和/或去除对神经元连接(突触)至关重要的两种氨基酸，神经元连接涉及学习、记忆和大脑可塑性——神经系统适应其回路以响应新刺激的能力。

这些氨基酸(称为 D-丝氨酸和甘氨酸)的可用性变化与精神分裂症、中风、ALS 和其他神经系统疾病等疾病有关。长期以来，人们一直在努力开发能够调节 Asc-1 活性的药物来治疗这些疾病，但迄今为止都没有成功。对 Asc-1 原子结构的详细了解为实现这一目标提供了关键信息。

向内打开时发现

Asc-1 蛋白由巴塞罗那 IRB 的 Josep Rullo-Tubau 纯化，并转移给 CNIO 的 María Martínez-Molledo 博士，并在冷冻电子显微镜下进行观察。根据收集的图像，研究人员能够以高分辨率确定蛋白质的 3D 结构。冷冻电子显微镜涉及快速冷冻分子并使用电子显微镜对其进行检查，然后应用先进的成像技术来解释数据。

观察到的结构揭示了 Asc-1 的门向细胞内部开放，准备接收氨基酸进行运输。

“根据其原子结构，我们能够预测蛋白质中对于结合要运输的氨基酸至关重要的部分，以及将其运输出细胞的潜在机制，”Llorca 博士说。

关于转运蛋白功能的预测是由 Víctor Guallar 博士(巴塞罗那超级计算中心)和 Lucía Díaz 博士(Nostrum Biodiscovery)领导的小组做出的，并由 Josep Rullo-Tubau 通过测量特定 Asc-1 突变的影响进行了测试。

随后，Rafael Artuch 博士(San Joan de Déu 医院)以及由 Camille Stephan-Otto Attolini 博士领导的巴塞罗那 IRB 生物统计学和生物信息学核心设施对这项工作进行了补充。