Nature |纳米抗体用于PfNT1的结构

2023年3月28日，四川大学华西第二医院西部妇幼医学研究院邓东团队和复旦大学代谢与整合生物学研究院任若冰研究团队在Nature Communications杂志在线发表题为Structural basis of the substrate recognition and inhibition mechanism of Plasmodium falciparum nucleoside transporter PfENT1（恶性疟原虫核苷转运蛋白结构基础的底物识别和抑制机制）研究论文。

特定的PfENT1抑制剂可以在亚微摩尔浓度下阻止疟原虫的增殖。然而，PfENT1的基质识别和抑制机制仍然不清楚。该研究报道了PfENT1分别在自由状态、肌苷结合和抑制剂结合状态下的冷冻电镜结构，通过体外结合和摄取实验结果，确定了肌苷是PfENT1的主要底物，并且肌苷结合位点位于PfENT1的中央腔中。膜内的抑制剂GSK4占据PfENT1的正构位点，并且找到潜在的异构位点阻止PfENT1的构象变化。此外，还提出了一种通用的核苷转运蛋白交替进入循环的“摇臂开关”，了解PfENT1的底物识别和抑制机制将极大地促进未来抗疟药物的开发。

疟疾是由疟原虫感染引起的，仍然是一种影响全球人类健康的严重传染病。据世界卫生组织统计，全球感染人数有2.41亿，2020年，全球有62.7万人死于疟疾。在过去的几十年里，包括氯喹和青蒿素在内的许多抗疟药物已被用于消灭疟疾。然而，疟原虫抗药性的出现延缓了疟疾的治疗。因此，迫切需要开发新的抗疟药物。

疟疾寄生虫缺失嘌呤合成途径，是嘌呤营养缺陷型。因此，核苷/核碱基转运蛋白介导的挽救途径对于维持疟原虫的DNA/RNA合成和增殖至关重要。恶性疟原虫核苷转运蛋白1（PfENT1）主要位于寄生虫质膜（PPM）中，是介导红细胞摄取核苷的主要核苷转运蛋白。先前的研究已经表明，靶向嘌呤摄取途径会干扰疟原虫的生存。更为重要的是，作为核苷转运体（ENT，SLC29）家族的一员，PfENT1与人类核苷转运体ENT1（hENT1）只有17%的序列同源性，并且对hENT1抑制剂不敏感，这为开发特异性靶向PfENT1的抑制剂提供了机会。已报道的PfENT1抑制剂，包括GSK4，能抑制PfENT1的转运活性，并阻止了寄生虫的增殖。因此，PfENT1是一个很有潜力的靶点，可用于开发新型抗疟药物。

PfENT1含有422个氨基酸残基，因为太小了，没有预测的可溶性结构域，对冷冻电镜分析来说是一个巨大的挑战。因此，研究人员开发了两个纳米抗体，Nb19和Nb48，以扩大颗粒尺寸并产生可溶性结构域。两个纳米抗体的CDR 1和CDR2都与PfENT1处于细胞内表面的羧基结构域相互作用，而CDR3环插入到PfENT1的中央腔中。两个纳米抗体将PfENT1锁定并稳定在向内打开的状态。

并且获得的PfENT1Y190A-Nb19（载脂蛋白）和PfENT1Y190A-Nb48（肌苷结合）的复合物结构的分辨率分别为3.3Å和3.1Å。特别是PfENT1Y190A-Nb48的跨膜结构域的分辨率达到约2.6Å。对于后续PfENT1 30-211以及228-406残基建立的精确模型提供了极大帮助。

PfENT1Y190A和纳米抗体的结合界面

结构信息对于更好地了解蛋白质的生物学功能和开发针对这些蛋白质的治疗药物至关重要。 然而，许多蛋白质的结构并不是稳定的，为适应生理功能的需要，它们一直在不同构象之间相互转换，这就给确定其结构时带来了极大挑战挑战。随着纳米抗体的发展，研究者发现纳米抗体可以很好的解决这一问题。纳米抗体的形状扁长且十分紧凑，暴露出的凸形互补位可以进入传统抗体难以接近的蛋白质表面空腔或裂缝中。并且，蛋白质的表面空洞或裂缝通常可以很容易地被纳米抗体的CDR3区特异性识别。这也使得纳米抗体能够成为将构象动态蛋白质稳定到特定构象中的有前途的工具。该研究使用的纳米抗体由成都阿帕克生物公司制备。

打赏