Münster (mfm/ajs) – Sie sind die „Torwächter“ der Zelle: Spezielle Proteine, sogenannte Transporter, steuern selektiv, welche Stoffe in eine Zelle hineingelangen und welche nicht. Forschende der Universität Münster und der Universität der Nationalen und Kapodistrias-Universität Athen haben diese Transporter in einem speziellen Fall untersucht: den sogenannten UapA-Transporter des Modellpilzes Aspergillus nidulans. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse sind nicht nur für die Zellbiologie relevant, sondern könnten auch neue Ansätze für Behandlungen von Pilzinfektionen bieten.

Diese Transporter sind für krankheitserregende Pilzarten essenziell, um wichtige Nährstoffe in die Zelle zu bringen. Besonders relevant ist dabei, dass beim Menschen homologe Transporter zu finden sind. Diese sind für den gemeinsamen Transport von Vitamin C und Natriumionen verantwortlich. Durch die Forschung am UapA-Transporter des Modellpilzes können daher auch Rückschlüsse auf den Aufbau und die Funktion der menschlichen Transporter gezogen werden. Wichtig ist zudem, dass mehrere Aspergillus-Arten Erreger sind, die bei immungeschwächten Personen schwere, lebensbedrohliche Infektionen verursachen können. „Diese Transportprozesse zu untersuchen und zu verstehen, ist daher von besonderer biomedizinischer Bedeutung“, betont Prof. Christos Gatsogiannis, der die Untersuchungen an der Universität Münster mit seinem Team leitet.

Die Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass UapA über einen spezialisierten Transportmechanismus vom „Aufzugstyp“ funktioniert. Bei diesem Mechanismus besteht das Protein aus einer relativ starren Gerüstdomäne (dem „Schacht“), die in die Membran eingebettet ist, und einer beweglichen Transportdomäne (dem „Aufzug“), die das Substrat bindet. Während des Transports bewegt sich dieser „Aufzug“ entlang des Gerüsts und befördert das Substrat von der Außenseite der Zelle ins innenliegende Zytoplasma. Dieser Prozess erfordert eine präzise Koordination mit Membranlipiden und umgebenden Wassermolekülen. Die molekulare Grundlage dieses Prozesses war bislang aufgrund fehlender Strukturinformationen kaum verstanden.

Das Forschungsteam liefert mit seiner neuen Studie einen bedeutenden Fortschritt bei der Aufklärung dieses Transportmechanismus. Der Arbeitsgruppe unter Prof. Christos Gatsogiannis am Institut für Medizinische Physik und Biophysik sowie am Zentrum für Soft Nanoscience der Universität Münster gelang ein entscheidender Durchbruch: Mithilfe modernster Kryo-Elektronenmikroskopie schafften sie es, UapA in zwei verschiedenen Zuständen abzubilden. Die Strukturen wurden mit einer außergewöhnlichen Auflösung von 2,05 Å bestimmt – eine der höchsten Auflösungen, die jemals mit einer Strukturbestimmungsmethode für einen eukaryotischen Membrantransporter erreicht wurde. Dieser Detaillierungsgrad ermöglicht die Visualisierung der Proteinarchitektur sowie einzelner Wassermoleküle und der umgebenden Membranlipide. Eine der auffälligsten Erkenntnisse betrifft einen Abschnitt am Anfang des Proteins: Bisher wurde angenommen, dass er keine feste Struktur hat. Die neuen Daten zeigen jedoch, dass der Bereich eine doppelte Funktion erfüllt: Er hilft dem Transporter, sich richtig zu formen und an die Zelloberfläche zu gelangen. Außerdem steuert er mit, wie der Transporter arbeitet.

Die Ergebnisse stimmen vollständig mit früheren genetischen und funktionellen Untersuchungen der Arbeitsgruppe um Prof. George Diallinas am Institut für Biologie der Nationalen und Kapodistrias-Universität Athen überein. Sie erweitern somit das Verständnis darüber, wie UapA funktioniert. Transporter wie UapA können unter anderem für Antimykotika – also Arzneistoffe zur Behandlung von Pilzinfektionen – genutzt werden, damit diese in die Pilzzellen gelangen. Ein tieferes Verständnis ihrer Struktur und Funktion könnte daher zur Entwicklung neuer therapeutischer Strategien gegen Pilzinfektionen beitragen.

PubMed-Link zur Studie