Coupling mechanism and ion selectivity in Na+/H+-driven membrane transport systems
Dit proefschrift onderzoekt de SLC1-familie van glutamaattransporters, die geconserveerd zijn in zowel prokaryoten als eukaryoten en de opname van negatief geladen aminozuren mediëren, gekoppeld aan Na⁺- of H⁺-gradiënten. Bij mensen verwijderen de exciterende aminozuurtransporters (EAATs) glutamaat uit synapsen via Na⁺-afhankelijke opname, terwijl Escherichia coli GltP, het onderwerp van dit onderzoek van Zaid Anshari, uitsluitend werkt via H⁺-koppeling.
Deze divergentie benadrukt de evolutionaire aanpassing van ionselectiviteit binnen een geconserveerd structureel raamwerk. Met gezuiverd GltP, gereconstitueerd in liposomen, werd strikte protonkoppeling en elektrogene transportactiviteit aangetoond, zonder natriumafhankelijkheid. GltP transporteerde glutamaat en aspartaat met vergelijkbare affiniteiten, en transport werd sterk gestimuleerd door een protonengradiënt en een negatief binnenmembraanpotentiaal. Stoichiometrische analyse toonde aan dat drie protonen per substraat worden meegetransporteerd, analoog aan de drie Na⁺-ionen in natriumafhankelijke homologen. Cryo-EM-analyse leverde de eerste structurele inzichten op in een protongekoppelde glutamaattransporter: het scaffold-domein leek op dat van Na⁺-afhankelijke tegenhangers, terwijl het transportdomein onopgelost bleef, wat wijst op grote conformationele flexibiliteit.
De in dit onderzoek ontwikkelde sybodies stabiliseerden GltP en remden circa 80% van de activiteit, maar konden het transportdomein niet volledig fixeren, wat duidt op ontbrekende stabiliserende factoren. Naast mechanistische karakterisering verkent dit proefschrift synthetische biologie door transport te koppelen aan bio-energetica. Een chemiosmotische module met MleP (L-malaat/lactaat-antiporter) en MleS (L-malaatdecarboxylase) genereerde een zelfonderhoudende protonmotorkracht die GltP- en LacY-gemedieerde nutriëntenopname