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摘要疟疾是全球十大之致死疾病之一。它是一种由疟原虫感染引起的急性疾病，主要通过蚊虫叮咬传播。尽管经过几十年的临床研究和治疗，恶性疟原虫的持续存在仍然导致了全球疟疾的负担。根据最新世界卫生组织的数据，2021 年有超过2.47亿个病例，其中 61.9万人死亡。疟原虫对抗疟药物持续产生耐药性是疟疾治疗屡屡失败的主要原因。恶性疟原虫多药耐受蛋白（Plasmodium falciparum Multidrug Resistance Protein 1，PfMDR1）在疟原虫耐药过程中发挥了关键作用。研究发现 PfMDR1 参与了多种抗疟药物转运，包括氯喹（Chloroquine，CQ）、甲氟喹（Mefloquine，MFQ）、苯芴醇（Lumefantrine，LMF）、卤泛群（Halofantrine， HF）和青蒿素（Artemisinin，ART）等。PfMDR1 引起抗疟药物耐药方式主要包括两种：基因拷贝数增加和单核苷酸点突变。但对于该蛋白的三维结构及其抗疟药物识别机理并不清楚。<br>　　本研究首先探索了 PfMDR1蛋白表达与纯化问题。利用昆虫表达系统可以获得高产量目的蛋白；同时，通过负染检测和蛋白热稳定性实验发现，PfMDR1 在LMNG的低盐buffer中具有较好的颗粒均一性，稳定性。通过对ATP水解活力检测发现，PfMDR1在LMNG的buffer中具有较好的ATP酶活性。<br>　　其次，本研究利用单颗粒冷冻电镜解析了 PfMDR1向内开放构象和向外开放构象的结构。与经典的ABC转运蛋白结构相似，PfMDR1包含两个跨膜结构域和核苷酸结构域，共同构成一个倒“V”形的假对称结构。与以往发现的 ABC转运蛋白不同的是，PfMDR1 N端含有一个调控蛋白活性的结构域（Regulatory domain， R domain）。ATP 水解实验发现，截除 R domain 结构域的 PfMDR1 酶活力是野生型该蛋白酶活力的 2 倍，表明 R domain 与 TM4 螺旋之间的相互作用能显著抑制PfMDR1 ATP 酶活性。生化分析发现，PfMDR1（K217Q/K220Q/K221Q）突变体酶活力是野生型目的蛋白的水解活性两倍左右，表明 TM4 上正电荷对 R domain的活性调节发挥重要作用。<br>　　再次，本研究解析了PfMDR1与MFQ和HF复合物结构。研究发现，HF与MFQ以类似的方式结合在PfMDR1底物识别空腔，并通过疏水性氨基酸结合，其中，F331对HF和MFQ的识别发挥着重要作用。<br>　　结合功能和结构分析发现，全球流行的五种点突变N86Y、S1034C、N1042D、D1246Y和Y184F并不直接参与MFQ和HF识别，但对PfMDR1的ATP水解活性有显著影响。N86Y、S1034C、N1042D、D1246Y 对 PfMDR1 酶活性产生抑制作用。然而，Y184F是一种别构突变体，能显著提高PfMDR1酶活性，其ATP水解活性约为野生型PfMDR1活性的2倍。<br>　　最后，无论是apo-PfMDR1结构还是PfMDR1-MFQ/HF复合物结构，本研究均分别捕捉到了两种构象，揭示了R domain与TM4之间的动态结合平衡。同时， MFQ/HF的结合能引起PfMDR1跨膜结构域轻微闭合构象变化。<br>　　综上所述，通过解析PfMDR1及其小分子复合物结构，对PfMDR1的ATP酶活性调节机理和药物识别机制有了更深的理解，同时为抗疟药物设计和优化提供了结构基础和理论依据。