南湖新聞網訊（通訊員 汪楚琪 陳玉坤）近日，永利農業微生物資源發掘與利用全國重點實驗室、湖北洪山實驗室、yl7703永利申邦教授團隊在人獸共患寄生原蟲——弓形蟲的營養代謝機制研究方面取得重要進展。該團隊發現定位于弓形蟲頂質體的一類全新的丙酮酸轉運蛋白（Apicoplast Pyruvate Carriers, APCs），并解析其生物學功能，為抗弓形蟲藥物研發提供了新的靶标。研究結果以“ A pyruvate transporter in the apicoplast of apicomplexan parasites”為題在國際知名學術期刊PNAS（美國國家科學院院刊）上發表。

研究成果在PNSA上在線發表

弓形蟲屬于頂複門，是一種單細胞真核生物，能夠引起弓形蟲病。該人畜共患病導緻孕婦和孕畜的流産、畸形胎兒及免疫缺陷病人的死亡，對世界公共衛生和動物健康養殖産生巨大威脅。作為真核病原微生物，弓形蟲除了擁有真核細胞典型的細胞器結構和生物膜系統外，還具有一種獨特的細胞器——頂質體。頂質體擁有活躍而複雜的代謝活動幫助蟲體完成胞内寄生，它與葉綠體相似，均被認為是由“内共生”事件演化而來，但與葉綠體相比，它失去了光合作用的能力，并且擁有4層生物膜結構。該細胞器是弓形蟲體中重要的代謝場所，其活性對弓形蟲在人和動物體内建立感染十分重要，因此被視為抗弓形蟲藥物開發的良好靶标。

領域内傳統觀念認為，頂質體中的丙酮酸是由PYK2（丙酮酸激酶2）催化PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)産生。該團隊通過前期研究發現：PYK2并非頂質體中丙酮酸的主要來源，缺失後并不影響蟲體的生長與毒力，暗示頂質體中的丙酮酸供應可能主要來自蟲體細胞質（mBio, 2019）。但頂質體擁有4層膜包裹的特殊結構，它是如何使丙酮酸從細胞質進入其中的呢？尋找能将丙酮酸運送到頂質體的轉運蛋白是本項研究解決的主要科學問題。

圖1. 頂質體丙酮酸轉運蛋白的篩選鑒定

丙酮酸轉運蛋白的研究是代謝領域的重點和難點。經過近半個世紀的研究，科學家僅發現兩類定位于細胞器的丙酮酸轉運蛋白——它們分别定位于線粒體(Science,2012)和葉綠體(Nature,2011)。弓形蟲體内存在真核細胞中保守的線粒體丙酮酸轉運蛋白（MPC），但是沒有與葉綠體丙酮酸轉運蛋白（BASS2）同源的蛋白。因此本研究利用蛋白臨近标記技術篩選潛在的頂質體丙酮酸轉運蛋白（圖1），最終發現兩個定位于弓形蟲頂質體膜上的丙酮酸轉運蛋白（apicoplast pyruvate carrier, APC），通過相互結合共同發揮轉運胞質中丙酮酸進入頂質體基質的功能。借助CRISPR/Cas9基因編輯技術敲低APC後，對弓形蟲頂質體的完整性及其代謝活性産生重要影響，最終導緻蟲體生長停滞。通過序列比對發現，APC與目前已知的細胞器丙酮酸轉運蛋白MPC、BASS2均沒有氨基酸序列上的同源性，是一類全新的丙酮酸轉運蛋白。APC在蟲體代謝和生長中起關鍵作用，并且僅存在于弓形蟲等含有頂質體的寄生原蟲中（圖2），宿主細胞不編碼同源蛋白。這些特征使其具有成為新型抗寄生蟲藥物靶标的潛力。

圖2. 頂質體丙酮酸轉運蛋白在頂複門原蟲中的分布

陳譜、陳玉坤、夏甯波為該文章的共同第一作者，申邦教授為通訊作者。yl7703永利yl7703永利博士研究生範柏林、牛志鵬、何政明、廈門大學生命科學學院博士後王旭參與本研究，廈門大學生命科學學院袁晶教授，德國柏林洪堡大學生命科學學院、印度Birla 科技學院Nishith Gupta教授對本研究提供重要指導意見和建議。該研究獲得國家重點研發計劃（2022YFD1800200）、國家自然科學基金中德合作基金（31961133032）等項目的資助。

原文鍊接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38865262/

審核：申邦