Het secundaire transporteiwit CitS is een dimeer dat zich bevindt in het membraan van gramnegatieve bacteriën en transporteert citraatmoleculen de cel in en tegelijk twee natriumionen de cel uit. Op basis van statische kristalstructuren bepaalden wetenschappers al eerder dat de twee protomeren van het dimeer twee toestanden hadden: CitS steekt ofwel naar buiten, ofwel naar binnen. Sourav Maity, Wouter Roos, Dirk Slotboom en collega’s van de Rijksuniversiteit Groningen en de Kanazawa-universiteit van Japan onderzochten met hogesnelheid-atoomkrachtmicroscopie (HS-AFM) of dit wel klopt, en ze ontdekten dat het toch anders zat.

Om de HS-AFM-data goed te interpreteren wilden de onderzoekers eerst weten wat er eerst bindt aan het eiwit: citraat of de twee natriumionen? Door te spelen met concentraties, ontdekten ze dat er eerst een natriumion bindt aan CitS, daarna citraat en als laatste weer een natriumion, waarna het transport plaats kan vinden.

Met die informatie bekeken ze de bewegingen van gezuiverde CitS in lipiden uit E. coli met HS-AFM. In afwezigheid van citraat en natrium dreven de twee domeinen van het dimeer uit elkaar, bij aanwezigheid kwamen ze juist dichter naar elkaar toe.

Maar het eiwit beweegt ook door het membraan heen. Ze maakten HS-AFM-filmpjes (zie de bestanden onderaan dit artikel) en zagen de twee domeinen van het eiwit afhankelijk van elkaar omhoog en omlaag gaan. Maar tot hun verbazing vonden ze met kwantitatieve analyses geen tweedeling (up en down), maar een driedeling met drie hoogtes: 0,5 nm (down), 1,0 nm (intermediair) en 1,6 nm (up). De aanwezigheid van natriumionen zorgde vooral voor de switch tussen up en down, maar zodra er ook citraat was, zagen ze meer transities tussen intermediair en up.

De ontdekking van deze driedeling doet de vraag rijzen of andere transmembraantransporteiwitten ook anders bewegen dan tot nu toe werd aangenomen. De onderzoekers denken in ieder geval met HS-AFM de weg vrij te hebben gemaakt om antwoorden te vinden.

Maity, S. et al. (2022) PNAS 119(6) doi.org/10.1073/pnas.2113927119