Исследование мутаций белка ГАМК-транспортера GAT-1, ассоциированных с шизофренией, методом молекулярной динамики

Введение. Известно, что в патогенез шизофрении вовлечена ГАМК-ергическая система, выполняющая функции активации и торможения нейрональной коммуникации. Мутации в генах белков транспортеров ГАМК могут быть одним из ключевых процессов в патогенезе шизофрении. Следовательно, in silico моделирование молекулярной динамики белков-транспортеров ЦНС позволяет исследовать структурно-функциональные изменения, потенциально критичные для их роли в патогенезе заболевания.

Цель: моделирование структуры и динамики транспортера GAT-1 в составе нейрональной мембраны с учетом известных при шизофрении мутаций для уточнения их функциональной значимости.

Методы. Молекулярная динамика мутантного и дикого типа ГАМК-транспортера GAT-1 моделировалась с использованием GROMACS. Структуры были получены на основе PDB (7Y7V), внесены три миссенс-замены (A93T, R211C, W495L) в PyMOL. Мембранная система строилась в CHARMM-GUI, проводилась сольватация и ионизация. Выполнялась энергетическая минимизация, моделирование в изобарно-изотермическом режиме (T = 300K) с баростатом Парринелло-Рахмана и анализ динамики по RMSD, RMSF и Rg.

Результаты. Симуляции молекулярной динамики (100 нс) выявили, что мутации в SLC6A1 приводят к значительным нарушениям глобальной и локальной стабильности транспортера ГАМК. Анализ RMSD и RMSF показал замедленную стабилизацию мутантного белка, повышенные флуктуации в критических для ионного транспорта регионах и возможную утрату транспортной функции. Незначительное увеличение радиуса гирации (Rg) у мутанта свидетельствует о сохранении плотности упаковки, но нарушении способности связываться с молекулами.

Заключение. Эти изменения могут негативно влиять на обратный захват ГАМК, что приводит к когнитивным нарушениям при шизофрении. Это подчеркивает необходимость дальнейшего изучения структуры и функций транспортера в патогенезе нейропсихиатрических расстройств.

1. Owen M.J., Legge S.E., Rees E. et al. Genomic findings in schizophrenia and their implications. Mol Psychiatry. 2023;28:3638–3647. DOI: 10.1038/s41380-023-02293-8.

2. Nakamura T., Takata A. The molecular pathology of schizophrenia: an overview of existing knowledge and new directions for future research. Mol Psychiatry. 2023;28:1868–1889. DOI: 10.1038/s41380-023-02005-2.

3. Rees E., Han J., Morgan J. et al. De novo mutations identified by exome sequencing implicate rare missense variants in SLC6A1 in schizophrenia. Nat Neurosci. 2020;23:179–184. DOI: 10.1038/s41593-019-0565-2.

4. Zhu A., Huang J., Kong F., et al. Cryo-EM structure of human apo GABA transporter GAT1 in an inward-open state. Nat Struct Mol Biol. 2023. DOI: 10.1038/s41594-023-00983-z.

5. Mattison K.A., Butler K.M., Inglis G.A.S. et al. SLC6A1 variants identified in epilepsy patients reduce γ-aminobutyric acid transport. Epilepsia. 2018;59(9):e135–e141. DOI: 10.1111/epi.14531.