在血管損傷出血時(shí)，需要血小板激動(dòng)劑（ADP和血栓素TXA2等）激活血小板促進(jìn)凝血。在病理條件下，血小板拮抗劑阿司匹林和雙嘧達莫可以抑制血栓形成，是臨床上用于心血管疾病治療的常用藥物。人類(lèi)ABCC4蛋白屬于A(yíng)BC轉運蛋白ABCC亞家族，不僅可以外排抗腫瘤、抗病毒和抗菌藥物，導致多藥耐藥性，而且還可以轉運很多生理底物，參與重要的生理功能。ABCC4在血小板中表達量較高，參與轉運血小板激動(dòng)劑和拮抗劑，因此是預防心血管疾病的潛在藥物靶標。然而，ABCC4的三維結構及其轉運廣譜底物的分子機制未知。
近日，陳宇星教授和周叢照教授課題組利用單顆粒冷凍電鏡技術(shù)解析了人類(lèi)ABCC4蛋白無(wú)配基結合(apo form)、三種底物結合(激動(dòng)劑TXA2的類(lèi)似物U46619、拮抗劑阿司匹林和雙嘧達莫)，以及同時(shí)結合U46619和ATP的三維結構。基于結構分析和生化實(shí)驗，闡明了ABCC4結合廣譜底物以及識別并轉運血小板激動(dòng)劑和拮抗劑的分子機制。相關(guān)研究成果以“Structural insights into human ABCC4-mediated transport of platelet agonist and antagonist”為題于06月20日在線(xiàn)發(fā)表在《Nature Cardiovascular Research》上。并且，該雜志同期發(fā)表題為“Insights into platelet pharmacology from a cryo-EM structure of the ABCC4 transporter”的評論文章高度評價(jià)了該項工作，認為ABCC4轉運蛋白的結構解析是揭示血小板底物轉運進(jìn)入致密體以及從血小板外排藥物關(guān)鍵分子機制的重要第一步，同時(shí)為理解血小板相互作用和特異性血小板拮抗劑的設計奠定了基礎。
ABCC4在無(wú)配基和底物結合時(shí)呈現向內開(kāi)口（inward-facing）構象，此時(shí)兩個(gè)核苷酸結合結構域（NBD）相互分離，兩個(gè)跨膜結構域（TMD）形成一個(gè)朝向細胞質(zhì)液開(kāi)放的兼容性底物結合口袋（圖一）。該結合口袋由中心的疏水腔和外圍的極性氨基酸組成，其中疏水腔負責穩定底物的疏水核心，而極性氨基酸則與底物的極性基團形成氫鍵相互作用。ATP結合使得兩個(gè)NBD發(fā)生二聚化，帶動(dòng)兩個(gè)TMD相互靠近，ABCC4由向內開(kāi)口構象轉變?yōu)閷毎|(zhì)液和細胞外均封閉的向外開(kāi)口（outward-facing occluded）構象（圖一）。通過(guò)結構分析結合生化實(shí)驗，我們證明血小板激活劑TXA2和拮抗劑阿司匹林均是ABCC4的底物，同時(shí)發(fā)現雙嘧達莫是ABCC4的強競爭性抑制劑，進(jìn)而闡明了其與阿司匹林臨床聯(lián)用的分子機制。該研究不僅揭示了ABCC4識別廣譜底物的分子機制，而且為理性設計靶向ABCC4的血小板拮抗劑以及預防心血管疾病的藥物奠定了結構基礎。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)陳宇星教授、周叢照教授和李瓊特任副研究員為該論文的共同通訊作者，博士生陳宇為該論文的第一作者。冷凍電鏡數據收集工作在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)冷凍電鏡中心完成。該研究工作得到科技部、中國科學(xué)院和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費的資助。
圖一 人類(lèi)ABCC4蛋白的三維結構及底物結合口袋
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s44161-023-00289-9
評論文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s44161-023-00293-z
（生命科學(xué)與醫學(xué)部、科研部）
