Den mänskliga glutamintransportören ASCT2 är uppreglerad vid flera cancerformer. Det är också dockningsplattformen för ett brett utbud av patogena retrovirus. Ett team av forskare från University of Groningen har använt kryo-elektronmikroskopi för att belysa strukturen av proteinet, vilket kan generera leads för läkemedelsutveckling. Resultaten publicerades i Naturens strukturella och molekylära biologi den 5 juni.

I mänskliga celler, ASCT2-proteinet importerar aminosyran glutamin och upprätthåller aminosyrabalansen i många vävnader. Mängden ASCT2 ökar vid flera typer av cancer, troligen på grund av en ökad efterfrågan på glutamin. Vidare, flera typer av retrovirus infekterar mänskliga celler genom att först docka på detta protein.

ASCT2 är en del av en större familj av liknande transportörer. För att förstå hur denna familj av aminosyratransportörer fungerar, och att hjälpa till att designa läkemedel som blockerar glutamintransport av ASCT2 eller dess roll som en viral dockningsstation, Forskare från University of Groningen har löst proteinets 3D-struktur. De tillgrep tekniken med kryoelektronmikroskopi med en partikel, eftersom de inte lyckades odla kristaller från proteinet, som krävs för röntgendiffraktionsstudier. Den mänskliga genen för ASCT2 uttrycktes i jästceller, och det humana proteinet renades för avbildning.

Strukturen bestämdes vid en upplösning på 3,85 Å, som avslöjade slående nya insikter. "Det var ett utmanande mål, eftersom den är ganska liten för cryo-EM, " säger biträdande professor i strukturbiologi Cristina Paulino, som är chef för universitetets Cryo-EM-enhet. "Men den har också en fin symmetrisk trimerisk struktur, som hjälper."

Hiss-struktur

Cryo-EM-bilderna avslöjar en välbekant typ av lyftstruktur, i vilken del av proteinet färdas upp och ner genom cellmembranet. I det övre läget, substrat kommer in i hissen, som sedan rör sig nedåt för att frigöra substratet inuti cellen. Strukturen hos ASCT2 avslöjade lyften i det nedre läget. "Till vår förvåning, denna del av proteinet låg längre ner än vi någonsin sett tidigare i liknande proteinstrukturer, " säger biokemiprofessor Dirk Slotboom. "Och den roterades. Man hade trott att underlaget kommer in i och lämnar hissen genom olika öppningar, men våra resultat tyder på att det mycket väl kan använda samma öppning."

Denna information kan hjälpa till att designa molekyler som stoppar glutamintransport av ASCT2, säger Albert Guskov, biträdande professor i kristallografi. "Några tester på möss med små molekyler som blockerar transport har publicerats." Blockering av glutamintransport skulle vara ett sätt att döda cancerceller. "Denna nya struktur möjliggör en mer rationell design av transportinhibitorer."

En annan överraskande observation är spikarna som sticker ut på utsidan av var och en av de tre monomererna. "De har aldrig setts förut, " säger Slotboom. "Det här är platserna där retrovirus dockar." Detta överensstämmer med mutagena studier utförda av andra. Återigen, Att känna till formen på spikarna kan hjälpa till att designa molekyler som blockerar virusen från att docka.

Proteinstrukturen löstes på cirka fyra månader, vilket är anmärkningsvärt snabbt för cryo-EM. En multidisciplinär grupp forskare arbetade parallellt, vilket påskyndade processen. Vidare, Ph.D. student Alisa Garaeva, vem är första författare till tidningen, spelat en central roll för att säkerställa att projektet gick effektivt.

Framtida studier kommer att göras för att fånga ASCT2 i olika konfigurationer, till exempel inuti ett lipiddubbelskikt snarare än tvättmedelsmicellerna som används i den här studien, och med hissen i olika lägen. Paulino, Slotboom och Guskov drar slutsatsen att studier av olika tillstånd kommer att hjälpa dem att förstå hur detta protein fungerar.