细菌转运蛋白--上生所考过的一道题

抗癌药物耐药性问题日益严重，利用药物基因组学对ＡＢＣ转运器与癌细胞多药耐药性之间的关系进行研究，有望最终解决抗癌药物耐药性这一棘手问题

　　ＡＢＣ转运器
　　诱发癌细胞多药耐药性

　　ＡＢＣ转运器（ＡＢＣ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ）最早在细菌中被发现，是细菌质膜上的一种转运三磷酸腺苷酶（ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ＡＴＰａｓｅ），属于一个庞大而多样的蛋白家族。由于这个蛋白家族的每个成员都含有２个高度保守的ＡＴＰ结合区（ＡＴＰ ｂｉｎｄｉｎｇ ｃａｓｓｅｔｔｅ），故命名为ＡＢＣ转运器。ＡＢＣ转运器通过结合ＡＴＰ发生二聚化，之后ＡＴＰ水解就发生解聚，这样，通过构象的改变ＡＢＣ转运器将与之结合的底物转移至细菌质膜的另一侧。

　　以往的研究发现，真核细胞上的ＡＢＣ转运器，如原型多药转运器ＡＢＣＢ１——亦被称为多药耐药蛋白（ＭＤＲ１）和Ｐ糖蛋白，可以在癌细胞中过度表达，并将已经进入细胞内的多种抗癌药物又“泵”出癌细胞，从而诱发癌细胞的多药耐药性，降低了抗癌化疗药物的临床疗效。长期以来，由于对ＡＢＣ转运器家族缺乏足够的了解，人们对癌细胞多药耐药性这个问题一直都束手无策。

　　利用实时ＰＣＲ技术
　　发现更多ＡＢＣ转运器

　　美国Ｇｏｔｔｅｓｍａｎ实验室的研究人员发现，在目前已经确定的４８种人类ＡＢＣ转运器中，大约只有１０种左右（其中包括ＡＢＣＢ１）已被证实可引起抗癌药物的耐药性。不过，由于所有的这些ＡＢＣ转运器的基因序列都存在高度相似性，因此，研究人员猜测，其他ＡＢＣ转运器成员可能也同样具备将抗癌药物排出癌细胞的功能。为此，研究人员决定深入探讨不同类别癌细胞中所有ＡＢＣ转运器的基因表达情况，然后将之与相应抗癌药物在癌细胞中的敏感性联系起来，希望从中找到一种能够预测抗癌药物临床疗效以及癌细胞耐药性的有效方法，以促进人类对抗癌药物耐药性的进一步认识。这项研究结果发表在最近出版的《癌症细胞》杂志上（Ｃａｎｃｅｒ Ｃｅｌｌ，２００４，６：１２９－１３７）。

　　研究人员首先从美国国家癌症研究所购得６０种癌细胞系，这些癌细胞系曾经被用于１０万多种化合物的筛选工作，它们对许多化合物的反应情况已经非常明确。随后，研究人员利用精确性和敏感性较高的实时ＰＣＲ技术，对这些癌细胞上所有４８种人类ＡＢＣ转运器的信使ＲＮＡ水平加以定量，最终得到了这４８种ＡＢＣ转运器基因表达水平与１４２９种化合物在癌细胞中的活性之间所存在的关系。

　　结果，研究人员发现，癌细胞中ＡＢＣＢ１表达水平的升高，可以导致作为其底物的某些抗癌药物在癌细胞中敏感性的下降，这与以往的研究成果是相一致的；此外，利用这种方法，研究者们还发现并在后续的实验中证实了几种全新的ＡＢＣＢ１底物。让人意想不到的是，研究人员还发现某些化合物的抗癌活性是通过激活ＡＢＣＢ１，而非拮抗其作用而产生的，在随后的研究中这些发现也得到了进一步的确证。研究人员认为，这些化合物今后将有望成为新型抗癌药物开发的热点之一。

　　通过此次研究，研究人员总共发现了１３１种有意义的药物－ＡＢＣ转运器配对关系，也就是说，这些ＡＢＣ转运器在癌细胞中的基因表达水平与对应药物的耐药性密切相关。在此次研究中，除了进一步确认了已知的与抗癌药物耐药性有关的ＡＢＣ转运器之外，研究人员还发现了一些新的可能与药物耐药性有关的转运器，而且，这些初步发现在随后进行的实验中都逐个得到了证实。

　　通过此次研究，科学家们建立了一个非常具有实用价值的数据库，为抗癌药物研究领域的研究人员提供了一个可用于发现与药物耐药性有关的新型ＡＢＣ转运器，以及研究和探索未知的ＡＢＣ转运器功能的科研资源，同时，也有助于研究人员今后开发各种各样的作用于ＡＢＣ转运器的新药，从而最终解决目前日益严重的癌细胞多药耐药问题。



ABC转运器（ABC transporter）最早发现于细菌，是细菌质膜上的一种运输ATP酶（transport ATPase），属于一个庞大而多样的蛋白家族，每个成员都含有两个高度保守的ATP结合区（ATP binding cassette），故名ABC转运器（图5-10），他们通过结合ATP发生二聚化，ATP水解后解聚，通过构象的改变将与之结合的底物转移至膜的另一侧

在大肠杆菌中78个基因（占全部基因的5%）编码ABC转运器蛋白，在动物中可能更多。虽然每一种ABC转运器只转运一种或一类底物，但是其蛋白家族中具有能转运离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、甚至蛋白质的成员。ABC转运器还可催化脂双层的脂类在两层之间翻转，这在膜的发生和功能维护上具有重要的意义。

第一个被发现的真核细胞的ABC转运器是多药抗性蛋白（multidrug resistance protein, MDR），该基因通常在肝癌患者的癌细胞中过表达，降低了化学治疗的疗效。约40%的患者的癌细胞内该基因过度表达。

ABC转运器还与病原体对药物的抗性有关，如临床常用的抗真菌药物有氟康唑 、酮康唑、伊曲康唑等，真菌对这些药物产生耐药性的一个重要机制是通过MDR蛋白降低了细胞内的药物浓度。
         





            美国斯克利普斯研究院的研究人员破解了一种叫做MsbA的蛋白的结构，这种蛋白与产生对抗生素和化疗的抗性有关。这种膜转运蛋白的结构公布在新一期的《科学》杂志上。细菌利用这些转运子失活抗生素，而且人类癌细胞的表面也有这种类似的、能破坏化疗药物效果的膜转运子。

Chang和助理Christopher利用高分辨率的X射线结晶学方法确定出蛋白结构并揭示出了可能用于改善癌症治疗以及战胜抗生素抗性细菌的分子信息。

MsbA属于ATP结合盒（ABC）转运子分子家族，是最大的转运子分子超级家族成员。它们能够在从细菌到人类的生物体中转运药物、糖和多肽。MsbA对细菌非常重要的原因是它们能通过将脂多糖和脂质A从内膜运往外膜从而帮助细菌形成自己的细胞壁。

这个结构的确定帮助研究人员提出这种蛋白的运作机制，它还可能帮助人们找到改善癌症化疗的途径。这项研究还为研究人员设计出一类能够与抗生素或化疗药物联合使用以使药物能够停留在细胞中并增加药效的新型药物开启了大门。

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