L-lactate transporter - белок класса трансфераз, катализирует перенос лактата (рис.1) через плазматические мембраны.
| RecName | L-lactate transporter |
| ID | SFMCT_SYNFM |
| AC | A0LNN5 |
| PDB | 6G9X, 6HCL |
| EMBL (нуклеотидная последовательность) | CP000478 |
| Длина | 412 а.о. |
| Молекулярная масса | 43800 дальтон |
L- lactate transporter относится к классу молонокарбоксилатных переносчиков или MCTs (monocarboxylate transporters), которые осуществляют межклеточный транспорт лактата. На сегодняшний день известно 14 изоформ МСТ, аминокислотный состав которых подробно изучен. Рассматриваемый в моей работе L-lactate transporter или SfMCT (бактериальный переносчик лактата) близок по аминокислотному составу с человеческими переносчиками МСТ1 и МСТ4. Аминокислотная последовательность SfMCT идентична на 25 и 27% человеческим переносчикам и схожа с ними на 51 и 57% соответственно.[1]
SfMCT, как и человеческие переносчики, обладает высокой субстратной специфичностью к L-лактату. МСТ1 – самый распространеннный переносчик, он содержится в мембранах эритроцитов, кардиомиоцитов, в клетках анаэробных поперечно-полосатых мышечных волокон. Высокое содержание МСТ4 характерно для мембран лейкоцитов, поперечно-полосатых мышечных волокон. Направление переноса лактата в через мембрану клеток также хорошо изучено для МСТ1 и МСТ4: МСТ4 осуществляет перенос лактата преимущественно из клеток в межклетник, МСТ1, напротив, переносит лактат из межклетника внутрь клетки.[3]MCT1 и МСТ4 имеют важное значение в метаболизме рака: некоторые раковые клетки обладают высокой гликолитической активностью для более активной выработки АТФ. Таким образом, L-лактат, экспортирующийся из клеток при помощи МСТ4, импортируется раковыми клетками при помощи переносчика МСТ1 и используется для выработки «топлива» - АТФ. Ингибирование переносчиков МСТ1 и МСТ4 – большой шаг в борьбе с некоторыми типами рака. Именно поэтому изучение гомологичного человеческим бактериального переносчика sfMCT очень важно.[1]
L-лактат трансфераза была получена из бактерии Syntrophobacter fumaroxidans MPOB (DSM 10017), выделенной из мезофильного реактора.
Syntrophobacter fumaroxidans (рис. 1) - облигатный анаэроб, представляет инетерес ученых, так как этот вид способен превращать пропионат (с добавлением фермента фумарата) в ацетат, водород и углекилый газ в процессе метаболизма.[2] Syntrophobacter fumaroxidans намного быстрее растет на субстрате и более эффективно окисляет пропионат, чем другие бактерии рода Syntrophobacter, поэтому штамм был выделен в одтельный вид и стал активно изучаться учеными[4].
Высокий интерес ученых в Syntrophobacter fumaroxidans подтверждается количеством рецензированных записей на UniProt: по запросу organism:"syntrophobacter fumaroxidans" AND reviewed:yes выдаются 273 записи, а по запросу taxonomy:syntrophobacter NOT organism:"syntrophobacter fumaroxidans" - записей нет.
Всторичная структура белка
Структура переносчика лактата практически полностью иссследована при помощи рентгеноструктурного метода. В банке UniProt представлены 2 структуры в разрешении 2.54Å и 2.69Å. Структуры содержат одинаковое колличество исследованных аминокислотных остатков (412) и альфа-спиралей, но различаются количеством бета-листов (определено при помощи Jmol) и лигандов. Эти сходства и различия показаны в таблицах 2 и 3[5].
Индивидуальные особенности белка (поле FT в UniProt): в полях Mutagen описаны мутации, происходившие в аминокислотной последовательности. Почти все эти мутации повышали или уменьшали тарнспортную активность белка, но мутация 280 аминокислоты (замена аргинина на аланин) отменяет связывание L-лактата и его транспорт, что может говорить о том, что 280 аминокислота входит в состав активного центра белка[5].
| PDB entry | Resolution | Positions | Number of ligands | Number of helixes | Number of strands |
|---|---|---|---|---|---|
| 6G9X | 2.54Å | 1-412 | 21 | 18 | 2 in 1 beta-sheet |
| 6HCL | 2.69Å | 1-412 | 4 | 18 | 0 |
Структуры различаются по количеству бета-листов и обнаруженных лигандов.
| Лиганд | Описание |
|
12 ионов HG связанны с белком при помощи металлического взаимодействия через атомы кислорода и серы. |
|
2 молекулы сульфонилбензойной кислоты связаны с белком гидрофобным взаимодействием. |
|
Этаносульфоновая кислота одна, связана с белком 1 водородной связью и стекингом. |
|
6 молекул глюкопиранозида связаны с белком донорно-акцепторными связами, присутствует гидрофобное взаимодействие. Также эти молекулы могут быть связаны с ионами HG. |
В состав структуры 6HCL входит 4 лиганда:
| Лиганд | Описание |
|
2 молекулы гидроксипропановой кислоты связаны с белком при помощи водородных связей и гдрофобного взаимодействия. |
|
|
1 молекула гликопиранозида своим "хвостом" вступает в гидрофобнрое взаимодействие с белком, а "голова" образует слабое полярное взаимодействие с GLY. |
История изменений записи UniProt
Белок был добавлен в базу данных TrEMBL в 2006 году, в Swiss-Prot - в 2019. Сопоставив данные о белке в 2006 году и последнее изменение (столбец Compare в UniProt), можно увидеть, что за это время, в связи с быстрым ростом технологий, была прочитана последовательность ДНК Syntrophobacter fumaroxidans, изучены вторичные структуры белка и выявлены его особенности. Каких-то существенных изменений в структуре и таксономии за это время не произошло.
Сеансы поиска в UniProt
ДЛя лучшего представления о белке и бактерии было проведено несколько сеансов поиска в UniProt. Результаты поиска продемонстрированны в табл. 4.
| Что нужно узнать | Запрос | Результат поиска |
| Количество записей о белке l-lactate transporter среди бактерий | name:"l-lactate transporter" taxonomy:bacteria | 111 записей TrEMBL и только 1 SwissProt - SFMCT_SYNFM. Это может означать, что переносчики латата других бактерий ученых не интересуют. |
| Количество записей о белках из семейства переносчиков L-лактата (монокарбоксилатные перееносчики) | family:"monocarboxylate porter" | 1,932 записи в TrEMBL, 67 в SwissProt. Популярные организмы: Human, Mouse, Bovine. |
| Количество белков Syntrophobacter fumaroxidans | organism:"syntrophobacter fumaroxidans" | 3,743 TrEMBL, 273 SwissProt |
Кластеры UniRef
| Cluster ID | Cluster members | Role | Comment |
| UniRef100_A0LNN5 | 2 | Representative | Вторая последовательность в кластере - полная расшифровка того же белка (поэтому она seed), но последовательность находится в UniParc и не изучена учеными. |
| UniRef90_A0LNN5 | 2 | Representative | Та же ситуация, что и в UniRef100 |
| UniRef50_A0LNN5 | 23 | Representative | На 50% идентичных белков уже намного больше, организмы - бактерии разных родов. Самая изученная запись - SfMCT, поэтому по ней аннотируют кластер. |
Протеомы
Для выбора референсного протеома был проведен поиск в UniProt с целю найти представителя одного семейства с Syntrophobacter fumaroxidans: taxonomy:syntrophobacteraceae NOT organism:"syntrophobacter fumaroxidans" reviewed:yes. В связи с тем, что таких организмов не нашлось, было решено выбрать один из предложенных модельных организмов: Mycoplasma genitalium, так как протеом этого организма хорошо изучен. ID сравниваемых протеомов представлены в табл. 6. Для сравнения были выьраны 3 группы белков: трансмембранные белки, ферменты и транспортные белки. Результаты поиска в UniProt продемонстрированы в табл. 7.
Так как исследованный учеными протеом Syntrophobacter fumaroxidans составляет всего 6,8%, мы не можем говорить о достоверности полуенных данных о белках разных классов. Скорее всего, именно поэтому происходит расхождение процентного содержания трансмембранных белков и ферментов у двух организмов. Также расхождения могут происходит по причине того, что Mycoplasma genitalium - патогенная бактерия и обитает в различных условиях с S.fumaroxidans. Процентное содержание транспортных белков наиболее близкое. Несмотря на то, что организмы обитают в разных условиях, их транспортная активность примерно одинакова.
| Organizm | Proteome ID | Количество белков в протеоме | Записи SwissProt (изученность протеома) |
| Syntrophobacter fumaroxidans | UP000001784 | 4,012 | 273 (6,8%) |
| Mycoplasma genitalium | UP000000807 | 483 | 483 (100%) |
| Organizm | Трансмембранные белки | Ферменты | Транспортные белки |
| S. fumaroxidans | 26 (9,5%) | 165 (60,4%) | 25 (9,2%) |
| M. genitalium | 92 (19%) | 187 (38,7%) | 48 (9,9%) |
Литература
[1]Bosshart PD, Kalbermatter D, Bonetti S, Fotiadis D. Mechanistic basis of L-lactate transport in the SLC16 solute carrier family. Nat Commun. 2019 Jun 14;10(1):2649. doi: 10.1038/s41467-019-10566-6. PMID: 31201333; PMCID: PMC6573034.
[2]Plugge CM, Henstra AM, Worm P, et al. Complete genome sequence of Syntrophobacter fumaroxidans strain (MPOB(T)). Stand Genomic Sci. 2012;7(1):91-106. doi:10.4056/sigs.2996379
[3]О. В. Мещерякова, М. В. Чурова, Н. Н. Немова МИТОХОНДРИАЛЬНЫЙ ЛАКТАТ-ОКИСЛЯЮЩИЙ КОМПЛЕКС И ЕГО ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ПОДДЕРЖАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ГОМЕОСТАЗА КЛЕТОК (ОБЗОР). - Институт биологии Карельского научного центра РАН, г. Петрозаводск, Россия, 2013
[4]Chen S, Liu X, Dong X. Syntrophobacter sulfatireducens sp. nov., a novel syntrophic, propionate-oxidizing bacterium isolated from UASB reactors. Int J Syst Evol Microbiol. 2005 May;55(Pt 3):1319-1324. doi: 10.1099/ijs.0.63565-0. PMID: 15879275.