Mechanismus metallspezifischer ECF-Transporter

"Energy-coupling factor (ECF)"-Transporter sind eine große Gruppe von Aufnahmesystemen mit ATP-Bindekassette (ABC) für Spurennährstoffe in Prokaryoten. Die Substrate umfassen wasserlösliche Vitamine und die Übergangsmetallkationen Co2+ und Ni2+. Der allen ECF-Transportern gemeinsame Grundaufbau aus einem substratspezifischen integralen Membranprotein (S) und dem als "energy-coupling factor" bezeichneten Komplex aus einem weiteren integralen Membranprotein (T) und zwei ABC-ATPasen wurde ursprünglich 2006 für Metalltransporter beschrieben. In den folgenden Jahren standen vitaminspezifische Systeme im Vordergrund experimenteller Untersuchungen. Die ausgeprägt ähnlichen 3D-Strukturen verschiedener S-Einheiten bei fehlender Aminosäuresequenzähnlichkeit und die vorgeschlagene Rotation ganzer S-Einheiten in der Membran als Mechanismus des Substrattransports sind kürzliche Ergebnisse. Die erste 3D-Struktur einer metallspezifischen S-Einheit ergab eine weitgehend ähnliche Topologie wie für die vitaminspezifischen Pendants. Die Strukturanalyse bestätigte vorherige Resultate, die der zusätzlichen N-terminalen Helix in den S-Einheiten der Metalltransporter eine zentrale Rolle für den Transportvorgang zugeschrieben hatten. Der absolute N-Terminus ragt tief in die Substratbindetasche der S-Einheit, blockiert den Zugang für größere Moleküle und liefert drei der vier Liganden für das Metallion in einem quadratisch-planaren Ligandenfeld. Vollkommen unverstanden sind Fragen zur Positionierung dieses N-Terminus im Zuge der Metallbindung, zur Art der Bewegung des N-Terminus bei der Öffnung der Substratbindetasche im Zytoplasma und der Freisetzung des Metallions, und zur Funktion eines ausschließlich bei allen metallspezifischen ECF-Transportern vorkommenden weiteren Membranproteins, die essenziell, aber bisher undefiniert ist. Diese Fragen stehen im Mittelpunkt dieses Projektes. Basierend auf umfangreichen Vorarbeiten wollen wir mit spektroskopischen und biochemischen Methoden den Weg von Metallionen in die S-Einheit und dabei auftretende Konformationsänderungen dieses Proteins im Zusammenspiel mit dem für die Metalltransporter typischen Helferprotein nachverfolgen. Die Untersuchungen sind von generellem Interesse für das Verständnis des Mechanismus von ECF-Transportern. Die ausgeprägte Ähnlichkeit zwischen S-, T- und ATPase-Komponenten und vitamin- und metallspezifischer ECF-Transporter lässt vermuten, dass beide Typen einem grundlegenden gemeinsamen Funktionsprinzip unterliegen, die spezifische Beladung der S-Einheit mit einem Metallion und/oder dessen Freisetzung aber mit zusätzlicher Komplexität verbunden ist.