GluK2 kainate受体亚基选择性RNA适配体U9的开发及其变构调节机制研究

本研究针对kainate受体亚型选择性调节剂缺乏的问题，开发了一种能够特异性增强GluK2亚基功能的RNA适配体U9。通过基于前体抑制剂AB9s-b的模板设计，结合分子对接与功能验证，研究人员成功获得了具有亚基选择性的正变构调节剂（EC50 ≈ 210 nM），为靶向GluK2相关神经系统疾病的治疗提供了新型工具分子。

　　

兴奋性神经传递在哺乳动物中枢神经系统中主要由离子型谷氨酸受体（iGluRs）介导，其中kainate受体作为重要的亚型，参与调控脑发育和功能。尽管其在神经信号传递和突触可塑性中具有关键作用，但由于缺乏高选择性、强效的药理学工具分子，kainate受体——特别是GluK2亚基——在生理与病理机制中的作用仍不明确。现有调节剂多存在亚基交叉反应性或功能非选择性等问题，严重限制其作为研究工具或治疗药物的潜力。

在这一背景下，美国纽约州立大学奥尔巴尼分校的Samantha R. Ingenito、Noah Saunders、Kyle J. Lininger和李牛（Li Niu）教授团队在《Scientific Reports》上发表了一项突破性研究。他们成功开发出首例具有GluK2亚基选择性的RNA适配体U9，能够有效增强该受体功能，并揭示了其变构调节的潜在结构机制。

本研究主要采用了以下几类关键技术方法：利用体外转录与聚丙烯酰胺凝胶电泳纯化RNA适配体；通过全细胞膜片钳技术系统评价U9对不同谷氨酸受体功能的影响；采用MFold和FARFAR2进行RNA二级与三级结构预测；运用ZDock及DRPscore方法进行RNA-受体分子对接模拟；并使用点突变构建U9系列变体以验证结构-功能关系。

Results

Template-based design of AB9s-b sequence variants

研究团队以先前报道的非选择性kainate受体抑制剂AB9s-b为模板，通过理性设计改变其茎环区域中pentaloop（9–11位）的核苷酸序列。该区域在RNA三级结构和分子互作中起关键作用。将原本的UCU序列改为CCC后，得到新分子U9，预测显示其三维构象较AB9s-b发生显著变化。

Functional characterization of U9

全细胞记录结果表明，U9在低浓度谷氨酸条件下可显著增强GluK2同源通道的电流响应，最大增强效应在2 μM U9时达到，EC₅₀为210±70 nM。值得注意的是，U9仅作用于GluK2，对GluK1、GluK3、AMPA受体及NMDA受体均无影响。进一步分析显示，U9通过提高受体对谷氨酸的敏感性发挥作用，使剂量-反应曲线左移，但并不影响通道脱敏速率常数（k_des）。

Molecular docking study of U9 with the GluK2 receptor

分子对接模拟揭示，U9与GluK2的结合模式不同于其前体AB9s-b：AB9s-b主要结合于配体结合域（LBD），而U9嵌入至两个二聚体界面之间。该结合位点与已知正变构调节剂（如BPAM344）的作用位置一致，支持U9通过稳定二聚体界面增强受体功能的机制。

Making and functionally testing U9 sequence variants, generated by molecular docking prediction

为验证U9作用机制，研究团队构建了一系列U9点突变体（如U9-CCU、U9-UCC、U9-UAU）。功能实验与对接模拟一致显示，仅当变体能够结合于二聚体界面时（如U9-CCU和U9-UAU），才保留对GluK2的增强作用；而不能有效结合该界面的变体（如U9-UCC）则丧失调节活性。

Discussion

本研究成功开发出首例GluK2亚基选择性RNA正变构调节剂U9，其不仅具有高亲和力（EC₅₀ ≈ 210 nM），还展现出优异的亚型与亚基选择性。这一成果填补了kainate受体药理学工具分子的重要空白。U9的设计策略凸显了基于结构模板和分子对接的理性适配体开发方法的高效性与可行性。

从机制角度看，U9通过结合于GluK2二聚体界面稳定开放构象，与某些小分子正变构调节剂的作用方式相似，提示该界面是开发kainate受体调节剂的通用靶标区域。此外，研究还表明pentaloop区域的单碱基变化即可显著改变RNA构象及其功能特性，为后续设计更多具有特定调节功能的RNA分子奠定基础。

由于GluK2在多种神经疾病中存在表达或功能异常，如小脑颗粒细胞发育异常、精神分裂症海马区GluK2表达下调等，U9不仅可作为研究GluK2生理与病理功能的关键工具，还有望成为治疗认知缺陷等相关疾病的新型候选 therapeutics。未来研究将在动物模型中进一步验证U9的体内效果及治疗潜力。