Dopamine transporter의 ligand binding 원리, 이를 이용한 dopamine imbalance 해결
Human dopamine transporter (DAT): presynaptic nerve terminal에 존재. Dopamine reuptake 수행, Na+ gradient와 연관
Dopamine: adrenaline, noradrenaline precursor. appetite, mood, movement, reward-related behavior 영향
Dopamine loss -> Parkinson's disease
Levodopa (drug): 체내에서 dopamine으로 전환됨
Dopaminergic system imbalance는 addictive behavior, ADHD, mood disorder, schizophrenia 등의 병을 일으킴
Solute carrier family 6 (monoamine transporter, MAT)에 대한 high resolution structure 연구.
MAT에는 DAT, NAT (noradrenaline), SERT (serotonin)등도 포함됨.
Mammalian MAT과 homologous한 bacterial protein으로 시작, 현재 NAT, SERT는 구조가 밝혀짐
초파리 DAT (mammalian DAT보다 mammalian NAT과 더 유사)도 밝혀짐
MAT familiy의 highly conserved sequence -> DAT, NAT, SERT의 binding selectivity를 이해하는 것이 중요
Ligand가 결합하지 않은 상태의 human DAT 구조, dopamine 및 다른 ligand의 binding을 밝힘
어떤 ligand (예. cocaine)는 dopamine docking site에 결합, 어떤 ligand (예. Zn2+)는 allosteric modulatory site에 결합
예) MRS7292: DAT의 competititve inhibitor, allosteric modulator임
Srivastava, Li) DAT의 첫 56 residue 없애도 function 유지됨을 확인
Nielsen et al.) shortening 하지 않고 구조 확인
세 연구 모두 2.6-3.6 A resolution -> DAT과 ligand 간의 interaction을 정확하게 예측 가능
Li) DAT의 occuladed state (external, internal gate이 모두 closed)에서 dopamine-central binding pocket binding 확인
-> alternating-acess mode of transport (transporter protein은 PM의 한 방향으로만 open이라는 것)와 consistent
outward-facing conformation-occluded conformation-inward-facing conformation
Ligand는 substrate으로서 transport되거나 transporter를 특정 conformation으로 lock하여 inhibit (either substrate binding site or allosteric modulatory site)
Tropane alkaloid family molecule (benztropine-DAT inhibitor, beta-CFT, cocaine)
cocaine: 마약 / benztropine: Parkinson's disease에서 movement disorder 치료, antipsychotic drug side effect 치료 / bets-CFT: 연구용
cocaine과 beta-CFT는 DAT의 비슷한 site에 결합, benztropine은 다른 site에 결합 -> abuse potential 차이의 원인일 수도.
DAT-inhibitor GBR12909 있는 조건 하에서는 benztropine과 cocaine의 binding site 달라짐
DAT 구조 연구를 통해 ligand 별로 binding kinetics를 파악하고, addictivity를 예측하는 것이 가능할 것.
Li) methylphenidate (amphetamine family, ADHD treatment) 연구. dopamine binding pocket에 docking, outward-facing state로 고정.
왜 methylpenidate는 SERT보다 DAT에 더 잘 결합하는가? -> amino acid residue 바꿔가며 확인, SERT과 DAT binding pocket의 steric 차이 때문.
Srivastava) MRS7292로 human DAT의 새로운 allosteric modulatory site 발견, SERT과 다르다
SERT과 DAT 중 원하는 것만 target할 수 있는 약물 개발 가능할 것.
MAT은 Na+, Cl- gradient (Na+-K+ pump에 의한)이용하여 운반. 따라서 pump와 MAT의 coordination이 중요
cocaine bound 시 DAT의 2번째 Na+ site가 occupied, dopamine bound 시 DAT의 1, 2번째 Na+ site 모두 occupied
SERT, NAT에는 없지만 DAT에는 Zn2+ binding site가 있다 -> Zn2+ binding이 DAT의 conformational equilibrium에 영향
MAT과 PM lipid interaction도 중요-transporter oligomerization 때문
NAT는 dimer로 존재, DAT은 single protein으로 존재
<Further research>
DAT ligand -> treatment
surface expression of DAT
amphetamine과 DAT interaction 후에는 DAT의 transport direction 바뀜 (transporter-mediated efflux)