I ricercatori dell'UT Southwestern hanno pubblicato oggi la prima struttura atomica di un recettore cerebrale legato a un farmaco usato per invertire l'anestesia e per trattare le overdose di sedativi.

"Questo studio rivela le prime informazioni strutturali ad alta risoluzione per uno dei recettori dei neurotrasmettitori più abbondanti e importanti nel cervello, " ha detto il dottor Ryan Hibbs, autore corrispondente dello studio pubblicato in Natura e Assistant Professor di Neuroscienze e Biofisica con il Peter O'Donnell Jr. Brain Institute presso UT Southwestern. "Siamo tremendamente entusiasti di questo".

Molti farmaci, sia legali che illegali, lavorano sul recettore GABAA. Particolarmente note sono le benzodiazepine, che vengono utilizzati per l'anestesia durante l'intervento chirurgico e prescritti per il trattamento dell'epilessia, ansia, e insonnia, Egli ha detto, aggiungendo che risolvere la struttura del recettore potrebbe un giorno portare a trattamenti migliori per quelle condizioni.

Il recettore GABAA si lega al GABA (acido γ-aminobutirrico), il principale inibitore, o calmante, neurotrasmettitore nel cervello adulto. Per funzionare correttamente, il cervello ha bisogno di un equilibrio di segnali stimolanti e calmanti, disse il dottor Hibbs. La disfunzione del recettore GABAA si riscontra in condizioni caratterizzate da eccessiva eccitazione nel cervello, come l'epilessia. Oltre alla classe dei sedativi delle benzodiazepine, il recettore GABAA è un bersaglio comune per i barbiturici, anestetici, e alcol, Ha aggiunto. Tutti questi farmaci agiscono sul cervello aumentando l'attività del recettore GABAA, che a sua volta smorza ulteriormente, o calma, attività cerebrale.

"Questo recettore è una miniera d'oro farmacologica. Tuttavia, dove questi farmaci si legano e come esercitano i loro effetti non era stato compreso a livello strutturale, costringendo gli scienziati a basare la loro comprensione di questo recettore sulla modellazione computazionale, " ha detto il dottor Hibbs.

Il recettore GABAA è stato notoriamente resistente alla cristallografia a raggi X. Questo metodo, a lungo considerato il gold standard della biologia strutturale, richiede la cristallizzazione delle proteine ​​in modo che le strutture possano essere determinate in base ai modelli di diffrazione dei raggi X, ha spiegato il dottor Hibbs, uno studioso di ricerca medica Effie Marie Cain.

Dottor Shaotong Zhu, l'autore principale di questo studio e ricercatore post-dottorato in Neuroscienze, perseguì la struttura mediante cristallografia e ottenne cristalli che diffrangevano i raggi X molto male. In parallelo, ha lavorato per ottenere la struttura mediante microscopia crioelettronica (crio-EM), che alla fine ha avuto successo. I risultati forniscono le prime strutture atomiche 3-D del recettore legato al suo neurotrasmettitore GABA e al farmaco flumazenil, che è usato per invertire l'anestesia e per trattare le overdose di benzodiazepine.

I ricercatori hanno ottenuto le strutture ad alta risoluzione utilizzando la struttura crio-EM da 22,5 milioni di dollari dell'Università, dove i campioni vengono rapidamente congelati per prevenire la formazione di cristalli di ghiaccio dannosi e quindi visualizzati a circa meno 300 gradi Fahrenheit (temperature criogeniche). La struttura di UT Southwestern, che funziona 24 ore su 24, è una delle migliori strutture al mondo per la biologia strutturale crio-EM.

I ricercatori hanno ideato metodi per esprimere e purificare il recettore GABAA sinaptico umano dalle cellule in boccette e hanno utilizzato esperimenti elettrofisiologici, in combinazione con le informazioni strutturali da cryo-EM, per testare gli effetti sul recettore del neurotrasmettitore GABA, una benzodiazepina (diazepam), e flumazenil.

"Siamo stati in grado di definire come il GABA si lega in modo così selettivo al recettore e di spiegare perché farmaci come le benzodiazepine e il flumazenil, l'agente che compete con quei farmaci nello stesso sito di legame per invertire i loro effetti, agiscono specificamente su questo recettore, "Il dottor Hibbs ha detto. "Le implicazioni sono di vasta portata per la comprensione dei meccanismi di legame dei farmaci e la progettazione di nuovi farmaci per diverse condizioni neurologiche".