La dinamica dell’architettura molecolare e il trasporto di membrana
I trasportatori attivi secondari si servono del gradiente di sodio esistente, presente all’interno e all’esterno della membrana cellulare. Nonostante la loro importanza in tutti i processi biologici, si sa poco sulla loro struttura molecolare e sul modo con cui cambia durante le loro attività di trasporto. Avvalendosi della spettrometria di massa (MS) e della modellizzazione al calcolatore, il progetto TRANSPORTER FUNCTION (Mass spectrometry of structural dynamics in secondary membrane transporters) è riuscito a confrontare due modelli strutturali in azione durante un processo biologico. I ricercatori hanno selezionato per lo studio scambiatori sodio/protoni (nitrato riduttasi periplasmatica (NapA) e antiporter Na+/H+ (NhaA). La NapA richiede grandi cambiamenti conformazionali durante il ciclo del trasporto, mentre si ritiene che il NhaA subisca solo modificazioni strutturali di piccola entità. È stata sviluppata una nuova tecnica di MS per analizzare e confrontare interazioni di NapA e NhaA con lipidi della membrana. I risultati dimostrano che la NapA forma dimeri stabili e non trattiene praticamente alcun lipide dopo la purificazione, mentre i dimeri di NhaA si dissociano molto facilmente e trattengono cardiolipina selettivamente bloccata. Strutturalmente, l’analisi di sequenza e la modellizzazione di omologia hanno dimostrato che la NapA ha un’architettura alfa a 13 eliche, con un’ulteriore elica che media estesi contatti subunitari. Il NhaA, d’altra parte, forma un fascio di 12 eliche con un’interfaccia dimerica molto debole, priva dell’elica in più. Il team di TRANSPORTER FUNCTION ha sviluppato un nuovo protocollo di calibrazione per misurare con precisione le sezioni d’urto di collisione (CCS) di proteine di membrana a bassa carica. La CCS è un campo in rapida crescita che sta rivoluzionando le indagini per determinate i complessi multicomponenti adottati dalle proteine per eseguire le loro funzioni. Utilizzando questo protocollo, è stato scoperto che la NapA interagisce preferenzialmente con particelle caricate che danno origine al “grasso molecolare” per i cambiamenti strutturali nel ciclo del trasporto. La MS e le simulazioni della dinamica molecolare di membrane a doppio strato hanno dimostrato che il NhaA utilizza invece i lipidi per la stabilizzazione dimerica. In base alle diverse selettività relative ai lipidi funzionali esibiti dai trasportatori attivi secondari, TRANSPORTER FUNCTION ha formulato un modello di scala mobile per la selezione di lipidi nelle proteine di membrana. Il legame selettivo di lipidi della membrana consente alle molecole di trasportatori secondari di modificare la stabilità dei rispettivi complessi molecolari. La capacità di determinare l’estensione e la natura delle selezione dei lipidi da parte dei trasportatori è estremamente importante a livello farmacologico. Ne è esempio primario l’applicazione a uno scambiatore sodio/protoni, che costituisce un bersaglio dei farmaci nel trattamento dell’ipertensione.
Parole chiave
Architettura molecolare, trasportatore di membrana secondario, TRANSPORTER FUNCTION, NapA, NhaA, lipide
