Differential assembly diversifies GABAA receptor structures and signalling

γ-氨基丁酸受体 蛋白质亚单位 受体 加巴能 细胞生物学 生物物理学 生物 化学 神经科学 生物化学 基因
作者
Andrija Sente,Rooma Desai,Katerina Naydenova,Tomas Malinauskas,Youssef Jounaïdi,Jonas Miehling,Xiaojuan Zhou,Simonas Masiulis,Steven W. Hardwick,Dimitri Y. Chirgadze,Keith W. Miller,A.R. Aricescu
出处
期刊:Nature [Springer Nature]
卷期号:604 (7904): 190-194 被引量:73
标识
DOI:10.1038/s41586-022-04517-3
摘要

Type A γ-aminobutyric acid receptors (GABAARs) are pentameric ligand-gated chloride channels that mediate fast inhibitory signalling in neural circuits1,2 and can be modulated by essential medicines including general anaesthetics and benzodiazepines3. Human GABAAR subunits are encoded by 19 paralogous genes that can, in theory, give rise to 495,235 receptor types. However, the principles that govern the formation of pentamers, the permutational landscape of receptors that may emerge from a subunit set and the effect that this has on GABAergic signalling remain largely unknown. Here we use cryogenic electron microscopy to determine the structures of extrasynaptic GABAARs assembled from α4, β3 and δ subunits, and their counterparts incorporating γ2 instead of δ subunits. In each case, we identified two receptor subtypes with distinct stoichiometries and arrangements, all four differing from those previously observed for synaptic, α1-containing receptors4–7. This, in turn, affects receptor responses to physiological and synthetic modulators by creating or eliminating ligand-binding sites at subunit interfaces. We provide structural and functional evidence that selected GABAAR arrangements can act as coincidence detectors, simultaneously responding to two neurotransmitters: GABA and histamine. Using assembly simulations and single-cell RNA sequencing data8,9, we calculated the upper bounds for receptor diversity in recombinant systems and in vivo. We propose that differential assembly is a pervasive mechanism for regulating the physiology and pharmacology of GABAARs. The diverse makeup and assembly of subunits augment the structure, physiology and pharmacology of GABAA receptors.
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