帕金森症和多动症相关的新突变

　　最近在《Journal of Clinical Investigation》杂志发表的一项研究表明，多巴胺信号和多巴胺转运蛋白功能的改变，与神经和精神疾病有关，包括早发性帕金森症和注意力缺陷多动症（ADHD）。

　　

生物通报道：最近在《Journal of Clinical Investigation》杂志发表的一项研究表明，多巴胺信号和多巴胺转运蛋白功能的改变，与神经和精神疾病有关，包括早发性帕金森症和注意力缺陷多动症（ADHD）。

康奈尔大学威尔康奈尔医学院的博士后研究人员Michelle Sahai指出：“目前的研究结果，为进一步探索‘多巴胺功能障碍和多巴胺转运蛋白改变如何引起脑部疾病’提供了一个关键的基础。也有助于研究人员开发新的方法，来帮助数以百万计受这些疾病折磨的人。”

Sahai也在研究可卡因的效果，可卡因是一种广泛滥用的药物，具有精神兴奋药效果，可靶定多巴胺转运蛋白。她和同事们希望在未来的一年发表这些特殊的研究结果。

失去控制
多巴胺是一种神经递质，在我们的认知、情感和认知功能中发挥一定的作用。当受到外界刺激的激活时，大脑中的神经细胞就会释放多巴胺，引起连锁反应，释放更多的这种化学信使。

为了确保这不会导致多巴胺生产的无限循环，多巴胺转运蛋白会把多巴胺重吸收进细胞，终止这个过程。当多巴胺与这个转运蛋白结合后，它就返回到神经细胞以备将来使用。

然而，可卡因和其他药物（如苯丙胺），能完全操纵这个均衡的系统。Sahai解释说：“当可卡因进入血液后，它不允许多巴胺与其转运蛋白结合，这会导致多巴胺水平的快速增加。”竞争性结合和随后的过量多巴胺就是引起精神欢快、增加能量和警觉性的原因。它还会引起药物滥用和成瘾。

为了进一步了解药物滥用的影响，Sahai和康奈尔Harel Weinstein实验室的其他研究人员，正在分子水平上深入研究药物之间的相互作用。

利用超级计算机资源，研究人员能够在分子水平上观察，多巴胺与各种药物结合到一个多巴胺转运蛋白的3D模型上。根据Sahai介绍，这项工作需要很长时间的模拟，来了解药物如何与转运蛋白相互作用。

通过Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE)——一种虚拟网络基础设施，可提供给研究人员访问计算资源的权限，Sahai在Stampede（世界第七最快的超级计算机）上进行了这些模拟。

“XSEDE分配的资源，是帮助我们理解药物如何起作用的基础。在我们实验室不能进行这些模拟。通过将TACC作为一个XSEDE服务提供者，我们还可以预期计算结果的指数增长，以及良好的客户服务和反馈。”

最终，该研究将有助于现有的一些研究机构，他们试图开发一种可卡因结合抑制剂而不会抑制多巴胺转运蛋白。

Sahai说：“如果我们能了解药物如何与多巴胺转运蛋白结合，那么我们就可以更好地了解药物滥用，以及在设计治疗措施对抗成瘾的工作中什么最重要。

本研究的一个共同关联
Sahai仍在努力了解药物滥用，她的多巴胺转运蛋白模拟，也有助于发表的帕金森病和其他神经系统疾病研究。

在与哥本哈根大学、哥本哈根大学医院和欧美其他研究小组合作的一项研究中，研究人员首次揭示了成年人中多巴胺转运蛋白新生突变和帕金森症之间的已知关联。

研究发现，这些新生突变可以产生典型的影响，包括使人衰弱的震颤、运动严重失控和抑郁症。本研究也为“多巴胺转运蛋白突变是过度活跃症（ADHA）的一个风险因素“提供了额外的支持。

在把多巴胺转运蛋白确定为帕金森症相关的突变基因之后，研究人员再次求助于Harel Weinstein实验室，由于该实验室对人类多巴胺转运蛋白的长期兴趣和研究投入。

Sahai利用XSEDE和TACC的Stampede超级计算机进行的模拟实验，对多巴胺转运蛋白如何参与神经系统疾病提供了更深入的了解，从而可为临床试验提供支持。

Sahai说：“这项研究对我们很重要，我们能研究多巴胺转运蛋白的结构，理解这个蛋白的异常如何伤害个体，而不是只在电脑屏幕上看一些孤立的事情。”

虽然目前还没有治愈帕金森病的方法，但是深入了解其背后的具体机制，将有助于700万到1000万患有这种疾病的人。

Sahai称：“我们针对滥用药物的研究工作最终目标是，思考我们如何可以帮助人们。这一切又回到药物设计上。”

（生物通：王英）

延伸阅读：华人女学者发现参与帕金森病的新基因

生物通推荐原文摘要：
Missense dopamine transporter mutations associate with adult parkinsonism and ADHD
Abstract: Parkinsonism and attention deficit hyperactivity disorder (ADHD) are widespread brain disorders that involve disturbances of dopaminergic signaling. The sodium-coupled dopamine transporter (DAT) controls dopamine homeostasis, but its contribution to disease remains poorly understood. Here, we analyzed a cohort of patients with atypical movement disorder and identified 2 DAT coding variants, DAT-Ile312Phe and a presumed de novo mutant DAT-Asp421Asn, in an adult male with early-onset parkinsonism and ADHD. According to DAT single-photon emission computed tomography (DAT-SPECT) scans and a fluoro-deoxy-glucose-PET/MRI (FDG-PET/MRI) scan, the patient suffered from progressive dopaminergic neurodegeneration. In heterologous cells, both DAT variants exhibited markedly reduced dopamine uptake capacity but preserved membrane targeting, consistent with impaired catalytic activity. Computational simulations and uptake experiments suggested that the disrupted function of the DAT-Asp421Asn mutant is the result of compromised sodium binding, in agreement with Asp421 coordinating sodium at the second sodium site. For DAT-Asp421Asn, substrate efflux experiments revealed a constitutive, anomalous efflux of dopamine, and electrophysiological analyses identified a large cation leak that might further perturb dopaminergic neurotransmission. Our results link specific DAT missense mutations to neurodegenerative early-onset parkinsonism. Moreover, the neuropsychiatric comorbidity provides additional support for the idea that DAT missense mutations are an ADHD risk factor and suggests that complex DAT genotype and phenotype correlations contribute to different dopaminergic pathologies.