De menselijke glutaminetransporter ASCT2 wordt opgereguleerd in verschillende vormen van kanker. Het is ook het dockingplatform voor een breed scala aan pathogene retrovirussen. Een team van RUG-wetenschappers heeft cryo-elektronenmicroscopie gebruikt om de structuur van het eiwit op te helderen, die aanknopingspunten kunnen genereren voor de ontwikkeling van geneesmiddelen. De resultaten zijn gepubliceerd in Natuur Structurele en moleculaire biologie op 5 juni.

In menselijke cellen, het ASCT2-eiwit importeert het aminozuur glutamine en handhaaft de aminozuurbalans in veel weefsels. De hoeveelheid ASCT2 is verhoogd bij verschillende soorten kanker, waarschijnlijk vanwege een toegenomen vraag naar glutamine. Verder, verschillende soorten retrovirussen infecteren menselijke cellen door zich eerst aan dit eiwit te hechten.

ASCT2 maakt deel uit van een grotere familie van vergelijkbare transporters. Om te begrijpen hoe deze familie van aminozuurtransporters werkt, en om te helpen bij het ontwerpen van medicijnen die glutaminetransport door ASCT2 of zijn rol als viraal dockingstation blokkeren, Wetenschappers van de Rijksuniversiteit Groningen hebben de 3D-structuur van het eiwit opgelost. Ze namen hun toevlucht tot de techniek van cryo-elektronenmicroscopie met één deeltje, omdat ze er niet in slaagden kristallen uit het eiwit te laten groeien, die nodig zijn voor röntgendiffractiestudies. Het menselijke gen voor ASCT2 werd tot expressie gebracht in gistcellen, en het menselijke eiwit werd gezuiverd voor beeldvorming.

De structuur werd bepaald met een resolutie van 3,85 Å, waaruit opvallende nieuwe inzichten kwamen. "Het was een uitdagend doelwit, omdat het vrij klein is voor cryo-EM, " zegt universitair docent structurele biologie Cristina Paulino, die hoofd is van de Cryo-EM-eenheid van de universiteit. "Maar het heeft ook een mooie symmetrische trimere structuur, wat helpt."

Liftstructuur

De cryo-EM-beelden laten een bekend type liftstructuur zien, waarin een deel van het eiwit op en neer gaat door het celmembraan. In de bovenste stand, substraat komt de lift binnen, die vervolgens naar beneden beweegt om het substraat in de cel vrij te geven. De structuur van ASCT2 onthulde de lift in de lagere positie. "Tot onze verbazing dit deel van het eiwit was verder naar beneden dan we ooit eerder hadden gezien in vergelijkbare eiwitstructuren, ", zegt hoogleraar biochemie Dirk Slotboom. "En het werd gedraaid. Men dacht dat het substraat via verschillende openingen de lift binnenkomt en verlaat, maar onze resultaten suggereren dat het wel eens dezelfde opening zou kunnen gebruiken."

Deze informatie kan helpen bij het ontwerpen van moleculen die het glutaminetransport door ASCT2 stoppen zegt Albert Guskov, assistent-professor in kristallografie. "Er zijn enkele tests gepubliceerd bij muizen met kleine moleculen die het transport blokkeren." Het blokkeren van glutaminetransport zou een manier zijn om kankercellen te doden. "Deze nieuwe structuur zorgt voor een rationeler ontwerp van transportremmers."

Een andere verrassende observatie zijn de spikes die uitsteken aan de buitenkant van elk van de drie monomeren. "Ze zijn nog nooit eerder gezien, ", zegt Slotboom. "Dit zijn de plaatsen waar retrovirussen aanmeren." Dit komt overeen met mutagene onderzoeken die door anderen zijn uitgevoerd. Nogmaals, het kennen van de vorm van de spikes zou kunnen helpen bij het ontwerpen van moleculen die voorkomen dat de virussen aanmeren.

De eiwitstructuur was in ongeveer vier maanden opgelost, wat opmerkelijk snel is voor cryo-EM. Een multidisciplinaire groep wetenschappers werkte parallel, wat het proces versnelde. Verder, doctoraat student Alisa Garaeva, wie is de eerste auteur van het artikel, speelde een centrale rol bij het efficiënt verlopen van het project.

Toekomstige studies zullen worden gedaan om ASCT2 in verschillende configuraties vast te leggen, bijvoorbeeld in een lipidedubbellaag in plaats van de wasmiddelmicellen die in de huidige studie werden gebruikt, en met de lift in verschillende standen. Paulino, Slotboom en Guskov concluderen dat het bestuderen van verschillende toestanden hen zal helpen begrijpen hoe dit eiwit functioneert.