药物转运蛋白OATP1B1的功能关键区域和翻译后调控机制研究

Organic anion transporting polypeptides (OATP) are a family of drug transporters that distribute widely in human body and present in critical organs and tissues such as the gastrointesinal tract, liver, kidney, lung and the blood brain barrier. OATPs mediate the transmembrane transport of different compounds and thus determine the bioavailability of various drugs and play a critical role in efficacy of drugs. In our previous studies, we identified four essential amino acids within transmembrane 2 of OATP1B1, mutagenesis of any of these amino acid residues resulted in significant loss of transport activity. Studies on glycosylation process of OATP1B1 revealed that the transporter protein contains glycosylation sites on extracellular loop 2 and 5 within its structure. Disruption of these sites led to reduced stability of OATP1B1 protein, which in turn resulted in impaired transport function. In the proposed project, we further our studies on identification and analysis of critical amino acids within other transmembrane domains (TM6 and 11) of OATP1B1. We would also investigate the post-translatoinal regulation mechanisms such as oligomerization and phosphorylation on proper transport function of OATP1B1 and explore domains that are related with post-translational modification. Such a systematic study will help us get more insights of the stucture-function relationship of OATP1B1 and provide valuable information on the molecular and cellular mechanisms of OATP1B1 transport activity, which may enable us to better assess the efficacy and possible side-effects of drugs related with OATP1B1.

有机阴离子转运多肽（OATP）家族的成员广泛分布于人体各器官中，介导物质跨细胞膜的转运，决定着多种药物的生物利用度，是影响药物疗效的重要因素之一。我们在前期研究中，鉴定了OATP1B1跨膜区域2中四个影响其转运功能的关键氨基酸；并发现在OATP1B1结构中的第二和第五个胞外环上存在糖基化位点，而糖基化修饰影响OATP1B1的蛋白稳定性，进而影响了该转运蛋白的转运功能。本项目在此基础上，拟进一步鉴定与分析OATP1B1中与转运功能密切相关的其他跨膜区域（跨膜区域6和11）内关键氨基酸的功能，探索重要的翻译后调控机制寡聚化和磷酸化对OATP1B1转运活性的影响，并进一步研究OATP1B1中与这些翻译后调控机制相关的结构区域，从而获取该转运蛋白结构-功能关系更系统的信息，为深入地了解OATP1B1药物转运的分子和细胞学机理、更有效地评估OATP1B1转运药物的药效和可能存在的副作用提供理论基础。

有机阴离子转运多肽家族成员OATP1B1特异性表达于肝细胞基底外侧膜，对于通过肝脏吸收、代谢药物的药动学和药效学都起着重要的作用。明确OATP1B1转运药物的分子机制，可为有效提高已有药物的药效和更好地评估其可能存在的副作用提供重要的理论依据。本研究中我们对OATP1B1跨膜区域中的关键氨基酸以及翻译后修饰对OATP1B1的调控过程进行了研究，获得的结果如下：.1)在TM1中发现了两个显著影响OATP1B1转运功能的赖氨酸及在TM6中鉴定了两个高度保守的色氨酸，与OATP1B1和底物的结合、底物的选择性等相关；对TM11的研究则发现了7个关键氨基酸，它们在蛋白稳定性、膜定位以及底物结合等方面影响OATP1B1的转运能力；.2) 研究发现蛋白激酶C(PKC)的激活会影响OATP1B1在细胞膜上的表达，从而改变其转运底物的能力。该过程是通过PKC促进转运蛋白的内化和外循环导致的；.3) 研究首次发现OATP1B1可形成同源二聚体及更高阶的寡聚体，并发现该同源寡聚体的正确形成与模式底物硫酸雌酮的转运相关。研究还鉴定了OATP1B1序列上与寡聚体形成相关的甘氨酸393位点，该位点为GXXXG motif的一个部分，将其突变会使参与寡聚体的蛋白间结合能力显著下降。.项目的研究结果为进一步阐明OATP1B1转运药物的分子与细胞学机制提供了信息，为提高药物生物利用度及开发以OATP作为靶点的新型药物提供了理论依据。