Investigadores de UT Southwestern publicaron hoy la primera estructura atómica de un receptor cerebral unido a un fármaco utilizado para revertir la anestesia y tratar las sobredosis de sedantes.

"Este estudio revela la primera información estructural de alta resolución para uno de los receptores de neurotransmisores más abundantes e importantes del cerebro, "dijo el Dr. Ryan Hibbs, autor correspondiente del estudio publicado en Naturaleza y Profesor Asistente de Neurociencia y Biofísica en el Instituto del Cerebro Peter O'Donnell Jr. en UT Southwestern. "Estamos tremendamente emocionados por ello".

Muchas drogas, tanto legales como ilegales, actúan sobre el receptor GABAA. Particularmente conocidas son las benzodiazepinas, que se utilizan para anestesia durante la cirugía y se prescriben para tratar la epilepsia, ansiedad, e insomnio, él dijo, agregando que resolver la estructura del receptor algún día podría conducir a mejores tratamientos para esas afecciones.

El receptor GABAA se une a GABA (ácido γ-aminobutírico), el principal inhibidor, o calmante, neurotransmisor en el cerebro adulto. Para funcionar correctamente, el cerebro necesita un equilibrio de señales estimulantes y calmantes, dijo el Dr. Hibbs. La disfunción del receptor GABAA se encuentra en condiciones marcadas por una excitación excesiva en el cerebro, como la epilepsia. Además de la clase de sedantes de las benzodiazepinas, el receptor GABAA es un objetivo común para los barbitúricos, anestésicos, y alcohol, añadió. Todos estos fármacos actúan sobre el cerebro aumentando la actividad del receptor GABAA, que a su vez humedece aún más, o calma, actividad cerebral.

"Este receptor es una mina de oro farmacológica. Sin embargo, dónde se unen estas drogas y cómo ejercen sus efectos no se había entendido a nivel estructural, obligando a los científicos a basar su comprensión de este receptor en modelos computacionales, "Dijo el Dr. Hibbs.

El receptor GABAA ha sido notoriamente resistente a la cristalografía de rayos X. Ese método, considerado durante mucho tiempo el estándar de oro de la biología estructural, requiere la cristalización de proteínas para que las estructuras se puedan determinar en función de los patrones de difracción de rayos X, explicó el Dr. Hibbs, una becaria Effie Marie Cain en investigación médica.

Dr. Shaotong Zhu, el autor principal de este estudio e investigador postdoctoral en neurociencia, persiguieron la estructura por cristalografía y obtuvieron cristales que difractaban muy mal los rayos X. En paralelo, trabajó para obtener la estructura mediante microscopía crioelectrónica (cryo-EM), que finalmente tuvo éxito. Los resultados proporcionan las primeras estructuras atómicas tridimensionales del receptor unido a su neurotransmisor GABA y al fármaco flumazenil. que se utiliza para revertir la anestesia y para tratar las sobredosis de benzodiazepinas.

Los investigadores obtuvieron las estructuras de alta resolución utilizando la instalación de crio-EM de $ 22.5 millones de la Universidad, donde las muestras se congelan rápidamente para evitar la formación de cristales de hielo dañinos y luego se ven a alrededor de menos 300 grados Fahrenheit (temperaturas criogénicas). La instalación de UT Southwestern, que funciona las 24 horas del día, es una de las instalaciones más importantes del mundo para la biología estructural crio-EM.

Los investigadores idearon métodos para expresar y purificar el receptor GABAA sináptico humano de las células en matraces y utilizaron experimentos electrofisiológicos. en combinación con la información estructural de cryo-EM, para probar los efectos sobre el receptor del neurotransmisor GABA, una benzodiazepina (diazepam), y flumazenil.

"Pudimos definir cómo el GABA se une de manera tan selectiva al receptor y explicar por qué medicamentos como las benzodiazepinas y el flumazenil, el agente que compite con esos medicamentos en el mismo sitio de unión para revertir sus efectos, actúan específicamente sobre este receptor, "Dijo el Dr. Hibbs." Las implicaciones son de gran alcance para comprender los mecanismos de unión a fármacos y diseñar nuevos fármacos para diversas afecciones neurológicas ".