トリパノソーマBrucei Aquaglyceroporin 2は、ペンタミジンおよびメラミンフェニルヒ素薬の高親和性輸送体であり、これらの薬物に対する耐性の主な遺伝子決定因子である

目的：Trypanosoma brucei薬物輸送体には、TBAT1/P2アミノプリン輸送体と高親和性ペンタミジン輸送体（HAPT1）が含まれますが、HAPT1の遺伝的同一性は不明です。最近、T。bruceiaquaglyceroporin 2（TBAQP2）の喪失は、これらの寄生虫でメラルソプロール/ペンタミジン交差耐性（MPXR）を引き起こし、現在の研究がこれが起こるメカニズムを描写することを目的としていることを報告しました。 方法：T. brucei亜種の薬物感受性株とMPXR株の同体ペアのTBAQP2遺伝子座を配列決定しました。トリパノソーム株の薬物感受性プロファイルは、変異したTBAQP2対立遺伝子の発現と相関していました。ペンタミジン輸送は、TBAQP2バリアントを発現するT. brucei亜種で研究されました。 結果：検査されたすべてのMPXR株には、株が元々in vitroまたはin vivoでヒ素またはペンタミジンに適応されたかどうかに関係なく、TBAQP2の削除または再配列が含まれていました。MPXR株とAQP2ノックアウト株は、HAPT1アクティビティを失いました。MPXRトリパノソームにおけるTBAQP2の再導入は、薬物に対する感受性を回復し、HAPT1活性を復活させましたが、TBAT1/P2の活性は変化しませんでした。TBAQP2感作のメキシカのプロマスチゴは、40倍ペンタミジンに40倍、メラミノフェニルヒ素に対して1000倍以上、kmおよび阻害剤プロファイルによってHAPT1と区別できない高親和性ペンタミジン輸送活性を誘導しました。TBAQP2選択性フィルターアミノ酸残基をAQP2およびAQP3のキメラ対立遺伝子に移植すると、ペンタミジンとヒ素に対する感受性が部分的に回復しました。 結論：TBAQP2は、トリパノソームにおけるペンタミジンとメラミノフェニルヒ素の高親和性摂取を媒介し、TBAQP2は以前に報告されたHAPT1活性をコードします。この発見は、TBAQP2が重要な薬物輸送体として確立されています。

OBJECTIVES: Trypanosoma brucei drug transporters include the TbAT1/P2 aminopurine transporter and the high-affinity pentamidine transporter (HAPT1), but the genetic identity of HAPT1 is unknown. We recently reported that loss of T. brucei aquaglyceroporin 2 (TbAQP2) caused melarsoprol/pentamidine cross-resistance (MPXR) in these parasites and the current study aims to delineate the mechanism by which this occurs. METHODS: The TbAQP2 loci of isogenic pairs of drug-susceptible and MPXR strains of T. brucei subspecies were sequenced. Drug susceptibility profiles of trypanosome strains were correlated with expression of mutated TbAQP2 alleles. Pentamidine transport was studied in T. brucei subspecies expressing TbAQP2 variants. RESULTS: All MPXR strains examined contained TbAQP2 deletions or rearrangements, regardless of whether the strains were originally adapted in vitro or in vivo to arsenicals or to pentamidine. The MPXR strains and AQP2 knockout strains had lost HAPT1 activity. Reintroduction of TbAQP2 in MPXR trypanosomes restored susceptibility to the drugs and reinstated HAPT1 activity, but did not change the activity of TbAT1/P2. Expression of TbAQP2 sensitized Leishmania mexicana promastigotes 40-fold to pentamidine and >1000-fold to melaminophenyl arsenicals and induced a high-affinity pentamidine transport activity indistinguishable from HAPT1 by Km and inhibitor profile. Grafting the TbAQP2 selectivity filter amino acid residues onto a chimeric allele of AQP2 and AQP3 partly restored susceptibility to pentamidine and an arsenical. CONCLUSIONS: TbAQP2 mediates high-affinity uptake of pentamidine and melaminophenyl arsenicals in trypanosomes and TbAQP2 encodes the previously reported HAPT1 activity. This finding establishes TbAQP2 as an important drug transporter.