"Ce récepteur est une mine d'or pharmacologique. Cependant, où ces médicaments se lient et comment ils exercent leurs effets n'avaient pas été compris au niveau structurel, obligeant les scientifiques à fonder leur compréhension de ce récepteur sur la modélisation informatique, " a déclaré le Dr Hibbs.

Le récepteur GABAA a été notoirement résistant à la cristallographie aux rayons X. Cette méthode, longtemps considérée comme l'étalon-or de la biologie structurale, nécessite la cristallisation des protéines afin que les structures puissent être déterminées sur la base des diagrammes de diffraction des rayons X, a expliqué le Dr Hibbs, une boursière Effie Marie Cain en recherche médicale.

Dr Shaotong Zhu, l'auteur principal de cette étude et chercheur postdoctoral en Neurosciences, poursuivi la structure par cristallographie et obtenu des cristaux qui diffractaient très mal les rayons X. En parallèle, elle a travaillé à l'obtention de la structure par cryomicroscopie électronique (cryo-EM), qui a finalement été un succès. Les résultats fournissent les premières structures atomiques 3-D du récepteur lié à son neurotransmetteur GABA et au médicament flumazénil, qui est utilisé pour inverser l'anesthésie et pour traiter les surdoses de benzodiazépine.

Les chercheurs ont obtenu les structures à haute résolution en utilisant l'installation cryo-EM de l'Université de 22,5 millions de dollars, où les échantillons sont rapidement congelés pour empêcher la formation de cristaux de glace dommageables, puis visualisés à environ moins 300 degrés Fahrenheit (températures cryogéniques). L'installation de l'UT Southwestern, qui fonctionne 24 heures sur 24, est l'une des meilleures installations au monde pour la biologie structurale cryo-EM.

Les chercheurs ont mis au point des méthodes pour exprimer et purifier le récepteur synaptique humain GABAA à partir de cellules dans des flacons et ont utilisé des expériences électrophysiologiques, en combinaison avec les informations structurelles de cryo-EM, tester les effets sur le récepteur du neurotransmetteur GABA, une benzodiazépine (diazépam), et flumazénil.

« Nous avons pu définir comment le GABA se lie si sélectivement au récepteur et expliquer pourquoi des médicaments comme les benzodiazépines et le flumazénil – l'agent qui entre en compétition avec ces médicaments au même site de liaison pour inverser leurs effets – agissent spécifiquement sur ce récepteur, " a déclaré le Dr Hibbs. " Les implications sont de grande envergure pour la compréhension des mécanismes de liaison aux médicaments et la conception de nouveaux médicaments pour diverses affections neurologiques. "