2024年12月23日，中国农业科学院杨青团队在Cell在线发表题为“Squeeze pumping of lipids and insecticides by ABCH transporter”的研究论文，该研究揭示了ABCH转运体对脂质和杀虫剂的挤压泵送作用。
该研究报道了来自Tribolium castaneum（一种世界性的储粮害虫）的ABCH与HEK293细胞神经酰胺脂质、荧光标记神经酰胺、氨基甲酸酯杀虫剂和麦麸清洁剂抑制剂复合物的冷冻电镜（cryo-EM）结构。研究人员在转运蛋白二聚体的跨膜结构域中发现了一个狭长的拱形底物结合通道，其中有两个精氨酸门控的细胞质入口，用于脂质或杀虫剂的结合和运输。隧道上方的一对谷氨酰胺充当门，在ATP结合时，引导底物通过类似气孔的亲水性出口挤压到膜的细胞外侧。该研究为理解昆虫抗药性机制提供了新视角，也为设计并研发安全、低抗性的绿色农药奠定了重要基础。
ATP结合盒（ABC）转运蛋白是一种完整的膜蛋白，通过ATP偶联过程将多种天然和外源底物转运到细胞膜上。在真核ABC转运体的8个亚家族（ABCA-ABCH）中，ABCH是唯一一个在人类和哺乳动物中不存在，但在所有节肢动物中都存在的亚家族，为开发节肢动物害虫防治剂提供了一个首选的安全靶点。昆虫ABCH参与脂质转运到角质层表面，建立防水和抗病原体屏障，这对昆虫的生存至关重要。它在农业害虫和人类疾病媒介（如疟疾媒介、按蚊）对杀虫剂的抗性方面也至关重要，这些疾病的控制严重依赖于杀虫剂。迄今为止，人们对ABCH的确切转运机制知之甚少。
一个功能齐全的ABC转运蛋白由两个跨膜结构域（TMDs）和两个核苷酸结合结构域（NBDs）组成。ABCH成员是半转运体，被认为是形成同源或异源二聚体成为一个功能单位。一般来说，转运循环是由底物与TMDs结合而开始的。然后，ATP与NBD结合，诱导形成封闭的NBD二聚体，进而触发TMDs的重排，促进底物释放。到目前为止，已经提出了几种ABC输出模式。主要的模型是“交替进入”，其中转运蛋白在细胞外和细胞内交替进入，在这种状态下，底物结合位点一次只能进入膜的一侧。
机理模式图（图源自Cell）
该模型的代表包括ABCB、ABCC、ABCD和ABCG亚家族成员。脂联寡糖（LLO）翻转酶PglK的“仅向外”模型已被提出，它不调用面向内的空腔与底物相互作用。ABCA亚家族成员采用“侧向进入和挤压”模式，其中底物从膜的细胞质小叶或管腔小叶进入，并被挤压到膜的另一个小叶。细菌ABC输出体MacB采用一种“机械传输”机制，通过这种机制，TMDs缺乏底物运输中心腔，底物可以通过该中心腔通过，而是在ATP结合后将构象变化从膜的一侧传递到另一侧。
在这里，研究人员报告了来自Tribolium castaneum的TcABCH-9C的冷冻电镜结构。TcABCH-9C对昆虫的活力至关重要，及其同源物在农药抗性中起重要作用。结构数据表明，该转运体的长拱形通道可以容纳一个长链脂质底物，如神经酰胺，或两个短链脂质底物。这两种类型的底物通过相同的机制在膜上转运，这表明ABCH能够运输不同长度的各种脂质分子。该研究为理解ABC转运蛋白介导的杀虫剂抗性机制提供了重要理论支撑，将有力推动抗药性问题的解决和害虫绿色防控新产品研发进程，为实现安全、绿色、可持续的农业生产模式提供强有力的支撑。
参考消息：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)01375-8
本文来源：iNature，版权属于原作者，仅用于学术分享。
