Cellulaire transportsystemen zijn essentieel voor het handhaven van de homeostase van cellen door de beweging van verschillende moleculen over hun membranen te vergemakkelijken. Deze systemen maken gebruik van verschillende mechanismen om moleculen tegen hun concentratiegradiënten in te transporteren, waarvoor energie-input nodig is. Een recent onderzoek heeft nieuwe inzichten opgeleverd in de manier waarop deze transportsystemen cellulaire energie benutten om hun werk uit te voeren.

De studie concentreerde zich op een eiwitcomplex dat bekend staat als de ATP-bindende cassette (ABC) transporter, die verantwoordelijk is voor het transport van een breed scala aan moleculen, waaronder ionen, suikers, lipiden en medicijnen. De onderzoekers gebruikten geavanceerde beeldvormingstechnieken om de structurele dynamiek van de ABC-transporter tijdens zijn transportcyclus te visualiseren.

Ze ontdekten dat de ABC-transporter tijdens het transportproces een reeks conformationele veranderingen ondergaat, die nauw gekoppeld zijn aan de hydrolyse van adenosinetrifosfaat (ATP), de cellulaire energievaluta. De hydrolyse van ATP levert de energie die nodig is om het transport van moleculen tegen de concentratiegradiënt in te drijven.

Concreet onthulde de studie dat de binding van ATP aan de transporter een reeks conformationele veranderingen initieert, wat leidt tot de vorming van een hoogenergetische tussentoestand. Deze hoge energietoestand stelt de transporteur in staat de te transporteren moleculen te vangen en te binden. Vervolgens veroorzaakt de hydrolyse van ATP extra conformationele veranderingen, wat leidt tot het vrijkomen van de getransporteerde moleculen aan de andere kant van het membraan.

De onderzoekers merkten ook op dat de ABC-transporter tijdens de transportcyclus afwisselende conformationele veranderingen ondergaat tussen twee oriëntaties. Deze afwisselende bewegingen zijn essentieel om de transporter terug te brengen naar de oorspronkelijke staat, klaar voor een nieuwe transportronde.

Over het geheel genomen geeft de studie een gedetailleerd inzicht in de moleculaire mechanismen waarmee ABC-transporters ATP-energie gebruiken om moleculen tegen concentratiegradiënten in te transporteren. Deze kennis zou belangrijke implicaties kunnen hebben voor de ontwikkeling van nieuwe therapeutische strategieën gericht op ABC-transporters, waarvan bekend is dat ze een rol spelen bij de resistentie tegen geneesmiddelen bij kanker en andere ziekten.