与神经系统疾病相关的离子通道的结构与功能研究

配体调节的离子通道与严重危害人口健康的神经系统疾病密切关联，但是关于离子通道的结构与功能知识的缺陷一直是抑制神经系统疾病治疗方法发展的关键障碍。本项目利用由项目团队所发展的独特、高效的哺乳动物细胞表达系统，综合学科交叉的优势，对与神经系统疾病相关的离子通道的结构和功能进行系统研究，如五羟色胺、乙酰胆碱调节的离子通道；基于结构的基础上，设计与合成靶向离子通道的配体小分子；利用相应的细胞与动物模型，包括帕金森病和缺血性脑卒中动物模型，对小分子配体进行详细的机制研究及药效评价。通过本项目的完成，我们预期突破妨碍配体调节的离子通道结构与功能研究发展的关键技术瓶颈，获取多个晶体结构，阐明配体离子通道的分子识别模式及其调节机制，初步构建新的与神经系统疾病相关的动物模型，如癫痫等；发现多个新的能调节离子通道的化合物实体并鉴定这些小分子配体的作用机制和体内药效功能。

离子通道是一类普遍存在于生物膜中通道蛋白，包括配体门控型离子通道、电压门控型离子通道、机械门控型离子通道等。该类蛋白几乎调控着中枢神经系统以及外周神经系统电信号的产生和协调，在维持整个机体尤其是神经系统的正常生理功能过程中起重要作用，是神经系统疾病最重要的一类药物靶点。研究发现，配体调节的离子通道与严重危害人口健康的神经系统疾病如帕金森疾病、癫痫等密切关联，但是关于离子通道的结构与功能知识的缺陷一直是靶向筛选并设计抑制神经系统疾病药物的关键障碍。对配体门控型离子通道展开研究，揭示其三维晶体结构，阐明其作用及病理机制，发现能调节其功能的小分子探针及药物先导化合物，优化这些先导化合物，并通过细胞水平及动物疾病模型来研究其成药的可能性，这些对于开发神经系统疾病治疗相关的药物，探索该类疾病治疗的新途径具有重要的理论和现实意义。本项目利用由项目团队所发展的独特、高效的哺乳动物细胞表达系统，综合学科交叉的优势，对与神经系统疾病相关的离子通道的结构和功能进行了系统研究，如五羟色胺、乙酰胆碱调节的离子通道；在基于结构的基础上，设计与合成靶向离子通道的配体小分子；利用相应的细胞与动物模型，包括帕金森病和缺血性脑卒中动物模型，对小分子配体进行详细的机制研究及药效评价。通过本项目的完成，在离子通道结构研究中我们利用自主构建的Bacmam哺乳动物表达系统以及下游优化的纯化工艺，突破了离子通道蛋白难以表达的关键技术瓶颈，使得其表达量达到毫克每升的水平，并获取了人源5HT3A受体27埃分辨率的三维结构；构建了帕金森症、脑卒中、癫痫等多种与神经系统疾病相关的动物模型，并利用这些模型对新发现的抗帕金森症先导化合物LLDT-67以及抗癫痫药P-RTG和治疗痛风药BBR等多个药物进行了药效学评价并揭示了其调控机制；阐明了A2a与 D2x调控帕金森病的作用模式，为进一步开发抗帕金森症新药提供了新思路。