Shared structural mechanisms of general anaesthetics and benzodiazepines

γ-氨基丁酸受体 变构调节 氟马西尼 苯二氮卓 化学 依托咪酯 药理学 受体 抑制性突触后电位 氟硝西泮 γ-氨基丁酸受体 生物物理学 神经科学 异丙酚 生物化学 医学 生物
作者
Jeong Joo Kim,Anant Gharpure,Jinfeng Teng,Yuxuan Zhuang,Rebecca J. Howard,Shaotong Zhu,Colleen Noviello,Richard M. Walsh,Erik Lindahl,Ryan Hibbs
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:585 (7824): 303-308 被引量:378
标识
DOI:10.1038/s41586-020-2654-5
摘要

Most general anaesthetics and classical benzodiazepine drugs act through positive modulation of γ-aminobutyric acid type A (GABAA) receptors to dampen neuronal activity in the brain1-5. However, direct structural information on the mechanisms of general anaesthetics at their physiological receptor sites is lacking. Here we present cryo-electron microscopy structures of GABAA receptors bound to intravenous anaesthetics, benzodiazepines and inhibitory modulators. These structures were solved in a lipidic environment and are complemented by electrophysiology and molecular dynamics simulations. Structures of GABAA receptors in complex with the anaesthetics phenobarbital, etomidate and propofol reveal both distinct and common transmembrane binding sites, which are shared in part by the benzodiazepine drug diazepam. Structures in which GABAA receptors are bound by benzodiazepine-site ligands identify an additional membrane binding site for diazepam and suggest an allosteric mechanism for anaesthetic reversal by flumazenil. This study provides a foundation for understanding how pharmacologically diverse and clinically essential drugs act through overlapping and distinct mechanisms to potentiate inhibitory signalling in the brain.
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