βを不可逆的に抑制する非古典的メカニズム

Communications Biology volume 6、記事番号: 783 (2023) この記事を引用

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ヘマチンの結晶化はマラリア原虫のヘム解毒に必須の要素であり、抗マラリア薬によるヘマチンの阻害が一般的な治療手段です。 我々は、生体模倣条件下で、高い結晶化駆動力で活性化する明確な協力機構によるヘマチン結晶成長の不可逆的な阻害をインビトロで実証する。 アルテミシニン代謝物とキノリン系抗マラリア薬の両方に一定時間曝露した後の結晶形状の変化は、アルテミシニン代謝物と薬剤が溶液から除去された後も結晶成長が抑制されたままであることを示しています。 マラリア原虫を同じ薬剤で治療すると、3 時間および 6 時間の阻害剤パルスが原虫の生涯にわたる阻害剤曝露と同等の効果で原虫の増殖を阻害することが明らかになりました。 光散乱によって補完された時間分解 in situ 原子間力顕微鏡 (AFM) は、β ヘマチンの成長回復を妨げる阻害剤作用の 2 つの分子レベルのメカニズムを明らかにします。 アルテミシニンのヘマチン付加物は、伸長不可能なナノ結晶の多量の核生成を促し、それがより大きな成長結晶に組み込まれるのに対し、キノリン系薬物であるピロナリジンはステップバンチを促進し、それが進化して大量の転位を生じさせる。 取り込まれた結晶と転位はどちらも格子歪みを誘発することが知られており、格子歪みは持続して結晶成長を永久に妨げます。 核形成、ステップバンチング、その他の協調的な挙動は、結晶サイズ、サイズ分布、アスペクト比、および結晶材料に依存する多くの分野に不可欠なその他の特性を制御する手段として、増幅または抑制できます。

ヘマチンは、マラリア原虫がヘモグロビンを代謝する際に、その消化液胞内で放出されるヘムの酸化生成物です1。 ヘマチンの毒性から身を守るために、寄生虫はヘマチンを無害な結晶性ヘモゾイン 2 の中に隔離します。 キノリン系抗マラリア薬 3,4 や、寄生虫の代謝によって生成されるアルテミシニン系薬物のヘマチン付加物 5,6 などのいくつかの抗マラリア化合物は、ヘマチンの結晶化を阻害することで寄生虫を殺し、毒性のない遊離ヘマチンの濃度を高めます。 滞留時間が制限された薬剤が熱帯熱マラリア原虫をどのように除去するかをモデル化するために、抗マラリア薬が系から阻害剤が除去された後も持続するヘマチン結晶成長の阻害につながる経路を採用する可能性があるかどうかを調査します。 私たちは、ヘマチン結晶化の不可逆的な阻害が、5 つの抗マラリア化合物の限られた時間パルスによるマラリア原虫の効果的な抑制と相関するかどうかをテストします。

私たちは、ヘモゾイン 1 の合成類似体である β ヘマチン結晶 (図 1a) の成長阻害の可逆性を調査します。 得られた結果の生理学的関連性を高めるために、寄生虫の消化液胞の脂質亜相の類似体であるクエン酸緩衝液で飽和したオクタノールを溶媒として使用します7、8、9、10。 私たちは、3 つのキノリン系抗マラリア薬、ピロナリジン (PY)、クロロキン (CQ)、およびメフロキン (MQ) の活性と、2 つのアルテミシニン系薬剤 11,12、アルテミシニン (H-ART) およびアルテスネート (H) のヘマチン付加物の活性を調べました。 -ARS)5. キノリンは、インビボおよびインビトロの両方でヘマチンの結晶化を阻害します13、14、15。 アルテミシニン系薬物のヘマチン付加物は、寄生虫の消化液胞におけるヘモグロビン代謝の産物として形成され 6,16,17 、ヘマチンの結晶化も抑制します 5。

a βヘマチンの晶癖と結晶の長さ \(l\) と幅 \(w\) の定義を示す走査型電子顕微鏡 (SEM) 画像と概略図。 ヘマチンの結晶構造において、灰色の球は C、青、N、銀、H、赤、O を表します。 b (d) の (i) ～ (iii) で示される時間および組成で成長した β ヘマチン結晶の SEM 画像10μMのPYの存在下。 c純粋な溶液中での成長中の結晶形状の保存と、阻害剤と軸方向結晶面と側面結晶面との相互作用による\(l\)または\(w\)の阻害剤誘発抑制の概略図。 同心円状の等高線は、成長回数が増加するときの結晶の形状を示します。 d \(l\) と \(w\) の阻害の可逆性をテストするために使用される阻害剤の濃度変化の概略図。 青色の実線は、結晶を阻害剤濃度 X μM (H-ART、H-ARS、および PY では X = 10、CQ では 2、MQ では 5) に 3 日間曝露し、その後結晶を代謝物や薬物を含まない溶液を 10 日間投与します。 オレンジ色の破線は、一定の阻害剤濃度 X μM で 13 日間維持された結晶を表します。 紫色の点線は、阻害剤濃度 X μM に 3 日間曝露された結晶を示します。 灰色の短破線は、代謝産物または薬物を含まない溶液中で 13 日間増殖した対照を示します。 数字(i)〜(iii)は、PYの存在下で成長させた結晶の組成と採取時間を示し、パネル(b)に画像化されています。 e 0.5 mMのヘマチン溶液中で、開始溶液中の10μMのH-ART、H-ARS、およびPY、2μMのCQ、および5μMのMQの存在下で成長させた結晶の長さと幅。 エラーバーは、約 1 年間の平均からの標準偏差を示します。 各組成レジームおよび成長時間ごとに 30 個の結晶。 垂直の緑と赤の括弧は、3 日目から 13 日目までの成長中に生じた長さまたは幅を定義します。水平の緑と赤の括弧は、それぞれ、H-ARS の可逆性基準 1、および H-ARS の基準 2 で比較される長さと幅の増分をリンクします。ピィ。