Vlevo: Topologický model Na+/H+ antiporteru z kvasinky Z. rouxii s vyznačenými konzervovanými doménami v hydrofilním C-konci. Vpravo: Mutace jednotlivých zbytků v konzervované doméně C3 změnily substrátovou specifitu antiporteru a umožnily mu zprostředkovat export K+ (demonstrováno růstem buněk exprimujících tyto mutované verze v přítomnosti KCl).
Zimmermannova O., Velazquez D., Papouskova K., Prusa V., Radova V., Falson P., Sychrova H.: The hydrophilic C-terminus of yeast plasma-membrane Na+/H+ antiporters impacts their ability to transport K+. J Mol Biol. 436, 168443 (2024). IF = 5.6 DOI
Pro každou buňku je důležité neustále kontrolovat iontové složení svého vnitřního prostředí (cytoplasmy). Má-li odolávat vysokým koncentracím solí (např. NaCl), musí být schopna se zbavovat kationtů sodíku (Na+). Výstup kationtů draslíku (K+) ven z buňky zase souvisí s regulací vnitrobuněčného pH a membránového potenciálu. Transport těchto kationtů ven z buňky výměnou za protony zajišťují v buňkách všech eukaryotických organismů, od jednobuněčných kvasinek až po člověka, tzv. Na+/H+ antiportery. Pro případné farmakologické zásahy do iontové rovnováhy buňky je nutné rozluštit na molekulární úrovni, jak struktura antiporteru ovlivňuje jeho funkce.
Na+/H+ antiportery se jako většina membránových proteinů skládají z části, která se nachází v membráně a části orientované do cytoplasmy – hydrofilního C-konce (viz. obrázek). Dosud se předpokládalo, že to, které ionty budou antiporterem přenášeny, určuje pouze transmembránová část. V naší nové práci však demonstrujeme, že pro určení substrátové specificity (zejména schopnosti transportovat K+) je důležité i složení hydrofilního C-konce antiporteru.
Pro studii jsme konkrétně využili jednobuněčný modelový organismus eukaryotních buněk – kvasinku Saccharomyces cerevisiae, ve které jsme exprimovali antiporter Sod2-22 z osmotolerantní kvasinky Zygosaccharomyces rouxii, který účinně exportuje z buněk pouze kationty Na+ a Li+, ale ne K+. Zjistili jsme, že záměna pouze jedné aminokyseliny (zavedení záporně nabitého zbytku nebo odstranění kladně nabitého zbytku) v jedné z C-koncových konzervovaných oblastí (C3) umožnila tomuto antiporteru transportovat i K+. Zkrácení nebo nahrazení C-terminální části ZrSod2-22 C-koncem z jiného K+-transportujícího antiporteru (S. cerevisiae Nha1 nebo Z. rouxii Nha1) také vedlo k antiporteru s kapacitou exportovat K+. Tato práce poskytuje řadu nových poznatků o vztahu mezi strukturou a funkcí v rodině Na+/H+ antiporterů v eukaryotních buňkách.
