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更新于：2025-05-07

CHT

更新于：2025-05-07

基本信息

别名

CHT、CHT1、hCHT

+ [6]

简介

High-affinity Na(+)-coupled choline transmembrane symporter (PubMed:11027560, PubMed:11068039, PubMed:12237312, PubMed:12969261, PubMed:17005849, PubMed:23132865, PubMed:23141292, PubMed:27569547). Functions as an electrogenic, voltage-dependent transporter with variable charge/choline stoichiometry (PubMed:17005849). Choline uptake and choline-induced current is also Cl(-)-dependent where Cl(-) is likely a regulatory ion rather than cotransported ion (PubMed:11068039, PubMed:12237312, PubMed:17005849). Plays a critical role in acetylcholine (ACh) synthesis by taking up the substrate choline from the synaptic cleft into the presynaptic nerve terminals after neurotransmitter release (PubMed:27569547). SLC5A7/CHT1-mediated choline high-affinity transport in cholinergic neurons is the rate-limiting step for production of ACh, thereby facilitating communication by subsequent action potentials (PubMed:11027560). Localized predominantly in presynaptic terminal intracellular organelles, and translocated to the plasma membrane in active form in response to neuronal activity (PubMed:12969261, PubMed:15953352).

关联

项与 CHT 相关的药物

VU6001221

靶点

CHT

作用机制

CHT blockers

在研机构-

原研机构

Vanderbilt University

在研适应症-

非在研适应症-

最高研发阶段无进展

首次获批国家/地区-

首次获批日期1800-01-20

100 项与 CHT 相关的临床结果

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100 项与 CHT 相关的转化医学

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0 项与 CHT 相关的专利（医药）

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529

项与 CHT 相关的文献（医药）

2025-04-01·Journal for ImmunoTherapy of Cancer

Targeting PD-1 and CD85j can restore intratumoral CD4⁺GzmB⁺T-cell functions to combat MHC-II-expressing tumors

Article

作者: Xiong, Hui ; Wang, Xu ; Fu, Shengling ; Hu, Shaojie ; Tian, Yitao ; Zou, Wenbin ; Wang, Xue ; Yuan, Zhiwei ; Xi, Yu ; Meng, Kelin ; Cai, Yixin ; Li, Lequn ; Yu, Taiyan ; Wang, Boyu ; Fu, Xiangning ; Qu, Rirong ; Wang, Tianlai ; Zeng, Chenxi

BackgroundA subset of CD4+T cells with cytotoxic activity has been identified, and these cells exert their effects by expressing perforin and granzymes. Despite the progress made in characterizing cytotoxic CD4+T cells in various diseases, the status of cytotoxic CD4+T cells in non-small cell lung cancer (NSCLC) and the underlying mechanisms involved in promoting intratumoral cytotoxic CD4+T-cell activation remain unclear.MethodsWe used flow cytometry to examine the phenotypic and functional properties of CD4+GzmB+T cells in the peripheral blood and tumor tissues of patients with NSCLC. Loss-of-function analyses and RNA sequencing were used to identify the underlying mechanisms involved in the effects of interleukin (IL)-15 on the restoration of CD4+GzmB+T-cell function in vitro. A patient-derived lung cancer explant model and an animal model were used to verify the effects of immune checkpoint inhibitors on CD4+GzmB+T-cell activation.ResultsIn patients with NSCLC, impaired cytolytic function of tumor-infiltrated granzyme B (GzmB)-expressing CD4+T cells was restored by IL-15 through activation of the AKT-FOXO1-T-bet axis. Moreover, IL-15 stimulation increased solute carrier family 7 member 5 (SLC7A5) expression in CD4+GzmB+T cells in an Protein Kinase B (AKT)-dependent manner, and inhibition of SLC7A5 abrogated the effect of IL-15 on CD4+GzmB+T cells. Additionally, we showed that the immune checkpoint molecules programmed cell death-1 (PD-1) and CD85j were mutually exclusively expressed in CD4+GzmB+T cells and that dual targeting of PD-1 and CD85j enhanced the effector function of CD4+GzmB+T cells by activating the AKT pathway. Notably, tumor cells expressing major histocompatibility complex (MHC)-II and IL-15 determine the effectiveness of CD4+GzmB+T-cell-mediated antitumor immunity in response to immunotherapy.ConclusionsOur study demonstrated that tumor-infiltrating CD4+GzmB+T cells fail to eliminate tumors. Dual blockade of PD-1 and CD85j alongside IL-15 restores the effector function of CD4+GzmB+T cells and drives CD4+GzmB+T-cell transformation in the tumor microenvironment to combat MHC-II-expressing tumors.

2025-03-01·Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology

Effects of nanopolystyrene and/or phoxim exposure on digestive function of Eriocheir sinensis

Article

作者: Zhu, Shuren ; Ma, Yuan ; Zhang, Jun ; Huang, Mengting ; Fan, Qianru ; Li, Xilei ; Che, Shunli ; Ding, Shuquan

Nanopolystyrene (NP) and phoxim (PHO) are pervasive environmental contaminants that pose a significant threat to the health of aquatic organisms, prompting widespread concern among researchers and the public alike. The hepatopancreas play important roles in the Chinese mitten crab (Eriocheir sinensis), such as digestion, absorption and detoxification. This study assessed the hepatopancreatic toxicity caused by the exposure of Eriocheir sinensis to environmentally relevant concentrations of NP and/or PHO. After a 21-day exposure period, NP (1.0 × 10¹⁰ particles/L) and PHO (24 μg/L) exposure resulted in reduced number of blister-like, resorptive, and fibrillar cells and an elevation in lipid droplets within the hepatopancreas compared to the control group. Furthermore, trypsin and lipase activity decreased, amylase activity increased, and a significantly decrease in the expression of digestion-related genes, including CHT, CarL, and CarB, suggested impairment in both digestive and metabolic functions. The marked upregulation of key genes, including PPARγ, GYK, PEPCK, and SCD, as well as key metabolites such as 4-methylzymosterol-carboxylate, zymosterone, lathosterol, 7-dehydro-desmosterol, vitamin D2, 24-methylene-cycloartanol, 5-dehydroepisterol, and sitosterol in the lipid metabolic pathway, showed that the peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) and steroid biosynthesis signaling pathways were highly affected by exposure to NP and/or PHO. These findings indicated that exposure to NP and/or PHO might adversely affect the hepatopancreatic physiological homeostasis in E. sinensis by causing tissue damage and interfering with digestive and metabolic functions. Our results provide ecotoxicological insights into the effects of nanopolystyrene and/or phoxim exposure on the digestive function of Eriocheir sinensis.

2025-03-01·Animal Nutrition

Long-term leucine supplementation increases body weight in goats by controlling appetite and muscle protein synthesis under protein-restricted conditions

Article

作者: Yan, Qiongxian ; Jiang, Aoyu ; Wu, Jian ; Lv, Xiaokang ; Zhou, Chuanshe ; Tan, Zhiliang ; Hua, Jinling ; Tang, Shaoxun ; Kang, Jinhe ; Liu, Zixin

An inadequate amino acid (AA) supply in animals under protein-restricted conditions can slow skeletal muscle growth. Protein translation can be activated by short-term leucine (Leu) stimulation; however, whether muscle mass increases under long-term Leu supplementation and how the gut and muscle respond to Leu supplementation are largely unknown. In this study, we investigated if muscle mass increases with long-term Leu supplementation under protein-restricted conditions. We identified changes in the link between the gut and muscles under different amino acid supply conditions, using goats as the study object. A total of 27 Xiangdong black male goats with average initial body weight (BW) of 10.88 ± 1.22 kg were randomly divided into three dietary treatments: a normal protein diet (NP, 14.24% crude protein [CP]); a low protein diet (LP, 8.27% CP with supplemental 1.66% rumen-protected lysine [RPLys] and 0.09% rumen-protected methionine [RPMet]); and LP diet with rumen-protected Leu (RPLeu) (LP + RPLeu, 8.75% CP with supplemental 1.66% RPLys, 0.09% RPMet and 1.46% RPLeu). The animal trial lasted for 110 d, consisting of 20 d of adaptation and a 90 d of experimental period. The results showed that long-term protein restriction increased gut tryptophan hydroxylase 1 (TPH1) activity (P < 0.001), tryptophan (Trp) catabolism (P < 0.001), and 5-hydroxytryptamine (5-HT) synthesis (P < 0.001), which all subsequently reduced goat appetite. Long-term Leu supplementation inhibited 5-HT synthesis (P < 0.001), decreased Trp catabolism in the gut, and increased appetite in goats. Long-term protein restriction enhanced jejunal and ileal branched-chain amino acid transferase (BCAT) (P < 0.001) and branched-chain α-Keto acid dehydrogenase (BCKD) (P = 0.048) activities, which increased branched-chain amino acid (BCAA) catabolism. Immunofluorescence results showed that protein restriction decreased the intestinal mucosal expression of solute carrier family 1 member 5 (SLC1A5) (P = 0.032) and solute carrier family 7 member 5 (SLC7A5) (P < 0.001), reduced BCAA transport from the mucosa to the blood, lowered BCAA levels in the blood (P < 0.001). Western blot results showed that protein restriction inhibited mammalian target of rapamycin (mTOR) pathway activation in goat muscles. Leu supplementation increased BCAA translocation from the intestine to the blood and promoted activation of the muscle mTOR pathway and protein synthesis. In conclusion, our results suggest that Leu supplementation in low-protein diets improves appetite and alleviates the inhibition of muscle protein synthesis in goats.

项与 CHT 相关的新闻（医药）

2025-02-04

·生物谷

中国科学院生物物理研究所赵岩课题组揭秘乙酰胆碱的运输之旅

一个神经元的放电（firing）就像一个火花，点亮了纷繁复杂的神经通路，传递着记忆和行动等指令，高效协调神经系统各项功能，从而精准调控我们的想法、情感和动作，构建起一个精细有序的"神经网络世界"。回溯近一百年神经科学探索，"蛙心灌流"实验意义非凡。借助蛙心跳动，科学家首次揭示了神经冲动与化学传递的关系。作为人类发现的第一种神经递质，随着对乙酰胆碱研究的不断深入，其生理功能正逐渐变得清晰起来：在外周神经系统中控制肌肉运动；在中枢神经系统中影响思维、认知和记忆。同时，胆碱能神经元功能异常与多种疾病密切相关。以肌无力综合症为例，胆碱能神经元或其下游肌肉的运作障碍将逐渐侵蚀患者的日常生活能力：从表情僵硬、吞咽困难，到四肢动作受限，最终步态变得迟缓甚至完全丧失行走能力。在病程后期，由于呼吸肌无力或心脏等关键器官功能的衰竭，生命因此受到威胁。而在中枢神经系统中，胆碱能神经元则承担着认知和记忆的重要功能。当这些神经元发生异常或逐渐丢失，患者逐渐经历智力衰退、语言障碍和感知力减弱。阿尔茨海默症、帕金森综合征的发生也与胆碱能神经元的减少密切相关。这些不仅凸显了胆碱能神经信号传递在生理、病理中扮演着关键角色，也是相关疾病的诊疗关键。 "星星之火，可以燎原"，神经元的放电需要"火种"的点燃。乙酰胆碱犹如一根根"火柴"，点燃了神经与神经，神经与肌肉之间的信号传递，驱动思维与肢体精准协作。乙酰胆碱在突触间隙完成了信号传递过程之后，被乙酰胆碱酯酶分解为"火柴棍"乙酸和"火柴头"胆碱。"火柴头"胆碱是生产乙酰胆碱的"战略"物资，在高亲和力胆碱转运体（CHT1）的严格筛查下运输送往乙酰胆碱生产线（见图1）。那么，关于这样的筛查和运输是如何进行的？ 2024年，中国科学院生物物理研究所赵岩课题组先后在学术期刊《Nature Structural & Molecular Biology》、《Structure》发表系统性研究[1-2]，揭示了CHT1偶联钠离子、氯离子摄取胆碱的分子机制，以及与小分子抑制剂的识别机制，为深层次的理解胆碱是如何被摄取进胆碱能神经元提供了全面的见解。利用CHT1摄取的胆碱，胆碱能神经元中由胆碱乙酰转移酶合成新的"火柴"乙酰胆碱。随后，乙酰胆碱会被送往一个个囊泡储存，为驱动下一次信号传递做准备。那么，这个关键环节是如何发生的呢？囊泡乙酰胆碱转运体（VAChT）作为一种至关重要的转运蛋白，犹如一名技术娴熟的"打包员"，将乙酰胆碱打包进入囊泡（见图1）。几十年来，研究人员对VAChT已进行了广泛研究，但其选择性转运乙酰胆碱的分子机制仍未被完全阐明。此外，胆碱能神经元在脑内的丰度变化与多种神经退行性疾病的发生和进展密切相关。由于VAChT是胆碱能神经元标志性蛋白质分子，通过开发靶向VAChT的分子影像技术（包括PET和SPECT等）示踪剂是相关神经退行性疾病的早期诊断关键策略。目前，部分靶向VAChT的示踪剂已进入临床II期试验。然而，这些示踪剂与VAChT之间的相互作用机制仍未完全明确。图1：胆碱能神经元中乙酰胆碱的循环及信号传递过程 2025年1月13日，中国科学院生物物理研究所赵岩课题组在国际学术期刊《Nature Structural & Molecular Biology》在线发表了题为"Binding mechanism and antagonism of the vesicular acetylcholine transporter VAChT"的最新研究成果。该研究通过冷冻电镜单颗粒技术重构出人类VAChT在无底物状态下、底物ACh结合状态下以及抑制剂vesamicol结合状态下的高分辨率结构，阐明了VAChT底物识别和质子耦合转运过程机制，其抑制剂vesamicol结合结构揭示了vesamicol与VAChT的抑制机制，为设计靶向VAChT的新型示踪剂提供了结构基础。 VAChT属于质子/溶质逆向转运蛋白家族，在质子电化学势的驱动下完成底物乙酰胆碱的跨膜转运。研究团队分别解析无底物及乙酰胆碱结合的囊泡开口结构（见图2c），同时鉴定出独特的质子传递网络。乙酰胆碱结合在VAChT中央口袋中，通过与结合口袋周围关键氨基酸形成大量氢键和静电相互作用，从而实现特异性的结合与转运。为了深入理解这些相互作用对转运功能的影响，研究团队将与乙酰胆碱及质子结合密切相关的关键氨基酸进行了突变，并在小鼠大脑背侧纹状体内对胆碱能神经元释放乙酰胆碱的功能进行了研究（见图2a）。纹状体内乙酰胆碱的释放对包括运动控制、决策行为、学习和记忆在内的多种生理功能具有重要调节作用。我们发现相关的突变会直接影响乙酰胆碱在纹状体中的释放，直观地阐释了质子结合、底物转运与生理功能之间的关系，为理解VAChT在乙酰胆碱转运、储存和释放中的作用提供了重要见解。 Vesamicol 是特异性结合VAChT的高亲和力抑制剂，可以有效的阻断其转运活性。Vesamicol的衍生物，如[123I]iodobenzovesamicol（[123I]IBVM）和[18F]fluoroethoxybenzovesamicol（[18F]FEOBV），都已进入临床二期阶段，用于检测胆碱能神经系统的数量和完整性，为神经退行性疾病的诊断提供关键信息。为了探究vesamicol结合VAChT的机制，研究人员成功解析了vesamicol与VAChT结合复合物的高分辨率结构（见图2c），vesamicol通过与VAChT的特定结合位点相互作用结合在囊泡侧开口的口袋中，稳定转运蛋白在特定构象中，阻止VAChT从囊泡开口构象转变为胞质侧开口构象，进而抑制乙酰胆碱的转运。此外，通过放射性抑制剂结合实验，进一步验证了参与相互作用和选择性抑制的关键氨基酸（见图2b）。总之，这项研究加深了对VAChT底物识别和独特质子偶联底物转运机制的认识，为神经退行性疾病的示踪剂开发与优化奠定了重要基础。图2：小鼠大脑纹状体VAChT介导乙酰胆碱囊泡填充的动态检测、抑制剂vesamicol特异性结合曲线及VAChT在天然状态、底物乙酰胆碱结合状态以及抑制剂vesamicol结合状态下的冷冻电镜结构中国科学院生物物理研究所赵岩研究员为该论文通讯作者，中国科学院生物物理研究所博士研究生马乔、中国科学院深圳先进技术研究院助理研究员马锟鹏、北京林业大学副教授董艳丽、博士研究生孟宇飞和北京大学现代农业研究院赵珺研究员为论文的共同第一作者。此外，中国科学院生物物理研究所博士研究生黎仁杰、硕士研究生白秦儒，中国科学院物理所姜道华研究员，博士研究生武迪和中国科学院深圳先进技术研究院孙坚原研究员也为本研究做出了重要贡献。本研究得到科技创新2030"脑科学与类脑研究"重大项目、国家重点研发计划项目、中国科学院战略性先导科技专项（B类）、国家自然科学基金以及中国博士后科学基金等项目的资助。冷冻电镜数据收集得到中国科学院生物物理研究所蛋白质科学研究平台生物成像中心、北京大学现代农业研究院生物微观结构研究平台的技术支持。放射性转运实验得到中国科学院生物物理研究所放射性同位素实验室的帮助。 [1]Qiu Y,Gao Y,Huang B,Bai Q,Zhao Y. Transport mechanism of presynaptic high-affinity choline uptake by CHT1. Nat Struct Mol Biol. 2024 Apr;31(4):701-709. doi: 10.1038/s41594-024-01259-w. Epub 2024 Apr 8. PMID: 38589607. [2]Qiu Y,Gao Y,Bai Q,Zhao Y. Ion coupling and inhibitory mechanisms of the human presynaptic high-affinity choline transporter CHT1. Structure. 2024 Nov 26:S0969-2126(24)00499-4. doi: 10.1016/j.str.2024.11.009. Epub ahead of print. PMID: 39657660. 文章链接： https://www.nature.com/articles/s41594-024-01462-9 本文仅用于学术分享，转载请注明出处。若有侵权，请联系微信：bioonSir 删除或修改！

疫苗

2025-01-15

·药物分子设计

《自然—结构与分子生物学》：赵岩团队揭秘乙酰胆碱的“运输之旅”

第一性原理计算解决50年悬而未决难题：半导体中铜为何扩散更快？ Ab initio及第一性原理入门参考书介绍《海贼王》告诉你，做科研为什么不能闭门造车…… 来自公众号：小柯生命本文以传播知识为目的，如有侵权请后台联系我们，我们将在第一时间删除。北京时间2025年1月13日18时，中国科学院生物物理研究所赵岩团队在Nature Structural & Molecular Biology在线发表了题为“Binding mechanism and antagonism of the vesicular acetylcholine transporter VAChT”的最新研究成果。该研究通过冷冻电镜单颗粒技术重构出，人类VAChT在无底物状态下、底物ACh结合状态下以及抑制剂vesamicol结合状态下的高分辨率结构，阐明了VAChT底物识别和质子耦合转运过程机制，其抑制剂vesamicol结合结构揭示了vesamicol与VAChT的抑制机制，为设计靶向VAChT的新型示踪剂提供了结构基础。一个神经元的放电（firing）就像一个火花，点亮了纷繁复杂的神经通路，传递着记忆和行动等指令，高效协调神经系统各项功能，从而精准调控我们的想法、情感和动作，构建起一个精细有序的 “神经网络世界”。回溯近一百年神经科学探索，“蛙心灌流”实验意义非凡。借助蛙心跳动，科学家首次揭示了神经冲动与化学传递的关系。作为人类发现的第一种神经递质，随着对乙酰胆碱研究的不断深入，其生理功能正逐渐变得清晰起来：在外周神经系统中控制肌肉运动；在中枢神经系统中影响思维、认知和记忆。同时，胆碱能神经元功能异常与多种疾病密切相关。以肌无力综合症为例，胆碱能神经元或其下游肌肉的运作障碍将逐渐侵蚀患者的日常生活能力：从表情僵硬、吞咽困难，到四肢动作受限，最终步态变得迟缓甚至完全丧失行走能力。在病程后期，由于呼吸肌无力或心脏等关键器官功能的衰竭，生命因此受到威胁。而在中枢神经系统中，胆碱能神经元则承担着认知和记忆的重要功能。当这些神经元发生异常或逐渐丢失，患者逐渐经历智力衰退、语言障碍和感知力减弱。阿尔茨海默症、帕金森综合征的发生也与胆碱能神经元的减少密切相关。这些不仅凸显了胆碱能神经信号传递在生理、病理中扮演者关键角色，也是相关疾病的诊疗关键。 “星星之火，可以燎原”，神经元的放电需要“火种”的点燃。乙酰胆碱犹如一根根“火柴”，点燃了神经与神经，神经与肌肉之间的信号传递，驱动思维与肢体精准协作。乙酰胆碱在突触间隙完成了信号传递过程之后，被乙酰胆碱酯酶分解为“火柴棍”乙酸和“火柴头”胆碱。“火柴头”胆碱是生产乙酰胆碱的“战略”物资，在高亲和力胆碱转运体（CHT1）的严格筛查下运输送往乙酰胆碱生产线（见图1）——那么，关于这样的筛查和运输是如何进行的？2024年，中国科学院生物物理研究所赵岩课题组先后在学术期刊Nature Structural & Molecular Biology、Structure发表系统性研究[1-2]，揭示了CHT1偶联钠离子、氯离子摄取胆碱的分子机制，以及与小分子抑制剂的识别机制，为深层次的理解胆碱是如何被摄取进胆碱能神经元提供了全面的见解。利用CHT1摄取的胆碱，胆碱能神经元中由胆碱乙酰转移酶合成新的“火柴”乙酰胆碱。随后，乙酰胆碱会被送往一个个囊泡储存，为驱动下一次信号传递做准备。那么，这个关键环节是如何发生的呢？囊泡乙酰胆碱转运体（VAChT）作为一种至关重要的转运蛋白，犹如一名技术娴熟的“打包员”，将乙酰胆碱打包进入囊泡（见图1）。几十年来，研究人员对VAChT已进行了广泛研究，但其选择性转运乙酰胆碱的分子机制仍未被完全阐明。此外，胆碱能神经元在脑内的丰度变化与多种神经退行性疾病的发生和进展密切相关。由于VAChT是胆碱能神经元标志性蛋白质分子，通过开发靶向VAChT的分子影像技术（包括PET和SPECT等）示踪剂是相关神经退行性疾病的早期诊断关键策略。目前，部分靶向VAChT的示踪剂已进入临床II期试验。然而，这些示踪剂与VAChT之间的相互作用机制仍未完全明确。图1：胆碱能神经元中乙酰胆碱的循环及信号传递过程 VAChT属于质子/溶质逆向转运蛋白家族，在质子电化学势的驱动下完成底物乙酰胆碱的跨膜转运。研究团队分别解析无底物及乙酰胆碱结合的囊泡开口结构（见图2c），同时鉴定出独特的质子传递网络。乙酰胆碱结合在VAChT中央口袋中，通过与结合口袋周围关键氨基酸形成大量氢键和静电相互作用，从而实现特异性的结合与转运。为了深入理解这些相互作用对转运功能的影响，研究团队将与乙酰胆碱及质子结合密切相关的关键氨基酸进行了突变，并在小鼠大脑背侧纹状体内对胆碱能神经元释放乙酰胆碱的功能进行了研究（见图2a）。纹状体内乙酰胆碱的释放对包括运动控制、决策行为、学习和记忆在内的多种生理功能具有重要调节作用。我们发现相关的突变会直接影响乙酰胆碱在纹状体中的释放，直观地阐释了质子结合、底物转运与生理功能之间的关系，为理解VAChT在乙酰胆碱转运、储存和释放中的作用提供了重要见解。 Vesamicol 是特异性结合VAChT的高亲和力抑制剂，可以有效的阻断其转运活性。Vesamicol的衍生物，如[123I]iodobenzovesamicol（[123I]IBVM）和[18F]fluoroethoxybenzovesamicol（[18F]FEOBV），都已进入临床二期阶段，用于检测胆碱能神经系统的数量和完整性，为神经退行性疾病的诊断提供关键信息。为了探究vesamicol结合VAChT的机制，研究人员成功解析了vesamicol与VAChT结合复合物的高分辨率结构（见图2c），vesamicol通过与VAChT的特定结合位点相互作用结合在囊泡侧开口的口袋中，稳定转运蛋白在特定构象中，阻止VAChT从囊泡开口构象转变为胞质侧开口构象，进而抑制乙酰胆碱的转运。此外，通过放射性抑制剂结合实验，进一步验证了参与相互作用和选择性抑制的关键氨基酸（见图2b）。总之，这项研究加深了对VAChT底物识别和独特质子偶联底物转运机制的认识，为神经退行性疾病的示踪剂开发与优化奠定了重要基础。图2：小鼠大脑纹状体VAChT介导乙酰胆碱囊泡填充的动态检测、抑制剂vesamicol特异性结合曲线及VAChT在天然状态、底物乙酰胆碱结合状态以及抑制剂vesamicol结合状态下的冷冻电镜结构中国科学院生物物理研究所赵岩研究员为该论文通讯作者，中国科学院生物物理研究所博士研究生马乔、中国科学院深圳先进技术研究院助理研究员马锟鹏、北京林业大学副教授董艳丽、博士研究生孟宇飞和北京大学现代农业研究院赵珺研究员为论文的共同第一作者。此外，实验室成员黎仁杰、白秦儒，中国科学院物理研究所姜道华研究员、博士研究生武迪和中国科学院深圳先进技术研究院孙坚原研究员也为本研究做出了重要贡献。本研究得到科技创新2030"脑科学与类脑研究"重大项目、国家重点研发计划项目、中国科学院战略性先导科技专项（B类）、国家自然科学基金以及中国博士后科学基金等项目的资助。冷冻电镜数据收集得到中国科学院生物物理研究所蛋白质科学研究平台生物成像中心、北京大学现代农业研究院生物微观结构研究平台的技术支持。放射性转运实验得到中国科学院生物物理研究所放射性同位素实验室的帮助。相关论文信息： DOI：10.1038/s41594-024-01462-9 参考文献 [1]Qiu Y, Gao Y, Huang B, Bai Q, Zhao Y. Transport mechanism of presynaptic high-affinity choline uptake by CHT1. Nat Struct Mol Biol. 2024 Apr;31(4):701-709. doi: 10.1038/s41594-024-01259-w. Epub 2024 Apr 8. PMID: 38589607. [2]Qiu Y, Gao Y, Bai Q, Zhao Y. Ion coupling and inhibitory mechanisms of the human presynaptic high-affinity choline transporter CHT1. Structure. 2024 Nov 26:S0969-2126(24)00499-4. doi: 10.1016/j.str.2024.11.009. Epub ahead of print. PMID: 39657660. 编辑 | 余荷排版 | 王大雪

疫苗

2025-01-14

·生物世界

Nature子刊：赵岩团队揭秘乙酰胆碱的“运输之旅”

编辑丨王多鱼排版丨水成文 2025年1月13日，中国科学院生物物理研究所赵岩团队在 Nature 子刊 Nature Structural & Molecular Biology 发表了题为：Binding mechanism and antagonism of the vesicular acetylcholine transporter VAChT 的最新研究成果。该研究通过冷冻电镜单颗粒技术重构出人类囊泡乙酰胆碱转运体（VAChT）在无底物状态下、底物ACh结合状态下以及抑制剂vesamicol结合状态下的高分辨率结构，阐明了VAChT底物识别和质子耦合转运过程机制，其抑制剂vesamicol结合结构揭示了vesamicol与VAChT的抑制机制，为设计靶向VAChT的新型示踪剂提供了结构基础。一个神经元的放电（firing）就像一个火花，点亮了纷繁复杂的神经通路，传递着记忆和行动等指令，高效协调神经系统各项功能，从而精准调控我们的想法、情感和动作，构建起一个精细有序的 “神经网络世界”。回溯近一百年神经科学探索，“蛙心灌流”实验意义非凡。借助蛙心跳动，科学家首次揭示了神经冲动与化学传递的关系。作为人类发现的第一种神经递质，随着对乙酰胆碱研究的不断深入，其生理功能正逐渐变得清晰起来：在外周神经系统中控制肌肉运动；在中枢神经系统中影响思维、认知和记忆。同时，胆碱能神经元功能异常与多种疾病密切相关。以肌无力综合症为例，胆碱能神经元或其下游肌肉的运作障碍将逐渐侵蚀患者的日常生活能力：从表情僵硬、吞咽困难，到四肢动作受限，最终步态变得迟缓甚至完全丧失行走能力。在病程后期，由于呼吸肌无力或心脏等关键器官功能的衰竭，生命因此受到威胁。而在中枢神经系统中，胆碱能神经元则承担着认知和记忆的重要功能。当这些神经元发生异常或逐渐丢失，患者逐渐经历智力衰退、语言障碍和感知力减弱。阿尔茨海默症、帕金森综合征的发生也与胆碱能神经元的减少密切相关。这些不仅凸显了胆碱能神经信号传递在生理、病理中扮演者关键角色，也是相关疾病的诊疗关键。 “星星之火，可以燎原”，神经元的放电需要“火种”的点燃。乙酰胆碱犹如一根根“火柴”，点燃了神经与神经，神经与肌肉之间的信号传递，驱动思维与肢体精准协作。乙酰胆碱在突触间隙完成了信号传递过程之后，被乙酰胆碱酯酶分解为“火柴棍”乙酸和“火柴头”胆碱。“火柴头”胆碱是生产乙酰胆碱的“战略”物资，在高亲和力胆碱转运体（CHT1）的严格筛查下运输送往乙酰胆碱生产线（见图1）——那么，关于这样的筛查和运输是如何进行的？ 2024年，中国科学院生物物理研究所赵岩课题组先后在 Nature Structural & Molecular Biology、Structure 期刊发表系统性研究，揭示了CHT1偶联钠离子、氯离子摄取胆碱的分子机制，以及与小分子抑制剂的识别机制，为深层次的理解胆碱是如何被摄取进胆碱能神经元提供了全面的见解。利用CHT1摄取的胆碱，胆碱能神经元中由胆碱乙酰转移酶合成新的“火柴”乙酰胆碱。随后，乙酰胆碱会被送往一个个囊泡储存，为驱动下一次信号传递做准备。那么，这个关键环节是如何发生的呢？囊泡乙酰胆碱转运体（VAChT）作为一种至关重要的转运蛋白，犹如一名技术娴熟的“打包员”，将乙酰胆碱打包进入囊泡（见图1）。几十年来，研究人员对VAChT已进行了广泛研究，但其选择性转运乙酰胆碱的分子机制仍未被完全阐明。此外，胆碱能神经元在脑内的丰度变化与多种神经退行性疾病的发生和进展密切相关。由于VAChT是胆碱能神经元标志性蛋白质分子，通过开发靶向VAChT的分子影像技术（包括PET和SPECT等）示踪剂是相关神经退行性疾病的早期诊断关键策略。目前，部分靶向VAChT的示踪剂已进入临床II期试验。然而，这些示踪剂与VAChT之间的相互作用机制仍未完全明确。图1. 胆碱能神经元中乙酰胆碱的循环及信号传递过程 VAChT属于质子/溶质逆向转运蛋白家族，在质子电化学势的驱动下完成底物乙酰胆碱的跨膜转运。研究团队分别解析无底物及乙酰胆碱结合的囊泡开口结构（见图2c），同时鉴定出独特的质子传递网络。乙酰胆碱结合在VAChT中央口袋中，通过与结合口袋周围关键氨基酸形成大量氢键和静电相互作用，从而实现特异性的结合与转运。为了深入理解这些相互作用对转运功能的影响，研究团队将与乙酰胆碱及质子结合密切相关的关键氨基酸进行了突变，并在小鼠大脑背侧纹状体内对胆碱能神经元释放乙酰胆碱的功能进行了研究（见图2a）。纹状体内乙酰胆碱的释放对包括运动控制、决策行为、学习和记忆在内的多种生理功能具有重要调节作用。我们发现相关的突变会直接影响乙酰胆碱在纹状体中的释放，直观地阐释了质子结合、底物转运与生理功能之间的关系，为理解VAChT在乙酰胆碱转运、储存和释放中的作用提供了重要见解。 Vesamicol 是特异性结合VAChT的高亲和力抑制剂，可以有效的阻断其转运活性。Vesamicol的衍生物，如[123I]iodobenzovesamicol（[123I]IBVM）和[18F]fluoroethoxybenzovesamicol（[18F]FEOBV），都已进入临床二期阶段，用于检测胆碱能神经系统的数量和完整性，为神经退行性疾病的诊断提供关键信息。为了探究vesamicol结合VAChT的机制，研究团队成功解析了vesamicol与VAChT结合复合物的高分辨率结构（见图2c），vesamicol通过与VAChT的特定结合位点相互作用结合在囊泡侧开口的口袋中，稳定转运蛋白在特定构象中，阻止VAChT从囊泡开口构象转变为胞质侧开口构象，进而抑制乙酰胆碱的转运。此外，通过放射性抑制剂结合实验，进一步验证了参与相互作用和选择性抑制的关键氨基酸（见图2b）。总之，这项研究加深了对VAChT底物识别和独特质子偶联底物转运机制的认识，为神经退行性疾病的示踪剂开发与优化奠定了重要基础。图2：小鼠大脑纹状体VAChT介导乙酰胆碱囊泡填充的动态检测、抑制剂vesamicol特异性结合曲线及VAChT在天然状态、底物乙酰胆碱结合状态以及抑制剂vesamicol结合状态下的冷冻电镜结构中国科学院生物物理研究所赵岩研究员为该论文通讯作者，中国科学院生物物理研究所博士研究生马乔、中国科学院深圳先进技术研究院助理研究员马锟鹏、北京林业大学副教授董艳丽、博士研究生孟宇飞和北京大学现代农业研究院赵珺研究员为论文共同第一作者。此外，实验室成员黎仁杰、白秦儒，中国科学院物理研究所姜道华研究员、博士研究生武迪和中国科学院深圳先进技术研究院孙坚原研究员也为本研究做出了重要贡献。论文链接： https://www.nature.com/articles/s41594-024-01462-9 设置星标，不错过精彩推文开放转载欢迎转发到朋友圈和微信群微信加群为促进前沿研究的传播和交流，我们组建了多个专业交流群，长按下方二维码，即可添加小编微信进群，由于申请人数较多，添加微信时请备注：学校/专业/姓名，如果是PI/教授，还请注明。点在看，传递你的品味

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