Το ΕΚΠΑ συνυπογράφει σημαντική ανακάλυψη για τους μηχανισμούς μεταφοράς στα κύτταρα: Αποκαλύπτοντας τον μοριακό μηχανισμό λειτουργίας μιας σημαντικής επιλεκτικής κυτταρικής «θύρας» στους μύκητες

Επιστήμονες του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστήμιου Αθηνών, και συγκεκριμένα ο Καθ. Γιώργος Διαλλινάς (Τμήμα Βιολογίας) και ο Καθ. Εμμανουήλ Μικρός (Τμήμα Φαρμακευτικής), σε συνεργασία με τον Καθ. Χρήστο Γκατσογιάννη του Ινστιτούτου Ιατρικής Φυσικής και Βιοφυσικής στο Κέντρο Soft Nanoscience του Πανεπιστημίου του Μίνστερ, αποκάλυψαν πρωτοφανείς λεπτομέρειες σχετικά με τον μηχανισμό λειτουργίας του UapA, ενός διαμεμβρανικού μεταφορέα πουρινών στους μύκητες, αξιοποιώντας συνδυαστικά υπερσύγχρονες τεχνικές κρυοηλεκτρονικής μικροσκοπίας (cryo-EM), γενετικές και λειτουργικές προσεγγίσεις. Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) στις 30 Ιουνίου 2026 (DOI: 10.1073/pnas.251358512) και αποτελεί σημαντική πρόοδο στην κατανόηση του μηχανισμού μεταφοράς των βιοϊατρικά σημαντικών μεταφορέων τύπου «ανελκυστήρα» (elevator–type transporters).

Οι μεταφορείς είναι πρωτεΐνες της πλασματικής μεμβράνης που λειτουργούν ως «θύρες» του κυττάρου, ελέγχοντας επιλεκτικά την είσοδο και έξοδο θρεπτικών ουσιών, μεταβολιτών, μορίων σηματοδότησης και φαρμάκων. Ο μεταφορέας UapA του πρότυπου μύκητα Aspergillus nidulans αποτελεί ένα από τα καλύτερα μελετημένα μέλη της ευρέως διαδεδομένης οικογένειας μεταφορέων νουκλεοτιδικών βάσεων-ασκορβικού οξέος (NAT), η οποία απαντάται σε όλους τους οργανισμούς. Στα βακτήρια, τους μύκητες και τα φυτά, οι μεταφορείς NAT διαμεσολαβούν στην μεταφορά πουρινών ή πυριμιδινών. Αντίθετα, τα ανθρώπινα ομόλογα του UapA, γνωστά ως SVCT1 και SVCT2, είναι υπεύθυνα για τη μεταφορά της βιταμίνης C (ασκορβικό οξύ). Σημαντικό είναι επίσης ότι είδη του γένους Aspergillus αποτελούν ευκαιριακά παθογόνα, ικανά να προκαλέσουν σοβαρές και δυνητικά θανατηφόρες λοιμώξεις σε ανοσοκατεσταλμένα άτομα, γεγονός που αναδεικνύει τη βιοϊατρική σημασία της κατανόησης της λειτουργίας των μεταφορέων NAT, αλλά και των μεταφορέων γενικότερα, σε αυτό το γένος μυκήτων.

Προηγούμενα γενετικά, λειτουργικά και κρυσταλλογραφικά δεδομένα είχαν δείξει ότι ο UapA λειτουργεί μέσω ενός εξειδικευμένου μηχανισμού μεταφοράς τύπου «ανελκυστήρα». Σε αυτόν τον μηχανισμό, οι μεταφορείς αποτελούνται από μία σχετικά άκαμπτη περιοχή-σκελετό, ενσωματωμένη στην κυτταρική μεμβράνη, και μία κινητή περιοχή μεταφοράς («ανελκυστήρας»), η οποία δεσμεύει το υπόστρωμα. Κατά τη διάρκεια της μεταφοράς, η κινητή αυτή περιοχή μετακινείται κατά μήκος του σκελετού, μεταφέροντας το υπόστρωμα από το εξωτερικό του κυττάρου στο κυτταρόπλασμα. Η εξαιρετικά δυναμική αυτή διαδικασία απαιτεί ακριβή συντονισμό με τα λιπίδια της μεμβράνης και τα μόρια νερού που περιβάλλουν την πρωτεΐνη. Ωστόσο, η μοριακή της βάση παρέμενε έως σήμερα ελάχιστα κατανοητή, λόγω της έλλειψης δομικών δεδομένων υψηλής ανάλυσης.

Η συνεργατική αυτή μελέτη οδήγησε στην αποτύπωση νέων δομών του UapA τόσο στη μορφή χωρίς δεσμευμένο υπόστρωμα («apo») όσο και στη μορφή με δεσμευμένο υπόστρωμα, με εξαιρετική ανάλυση 2,05 Å, από τις υψηλότερες που έχουν επιτευχθεί ποτέ για ευκαρυωτικό μεταφορέα μεμβράνης με οποιαδήποτε δομική μέθοδο (Σχήμα 1). Κεντρικός πρωταγωνιστής και πρώτος συγγραφέας της εργασίας είναι ο Γιώργος Μπρουτζάκης, υποψήφιος διδάκτορας του ΕΚΠΑ. Η εργασία του, σε συνδυασμό με τα λειτουργικά και υπολογιστικά πειράματα του Γιάννη Πυρρή και της Ιφιγένειας Ακράνη (επίσης υποψήφιοι διδάκτορες στο ΕΚΠΑ) επέτρεψε την αποκάλυψη πρωτοφανούς επιπέδου δομικής λεπτομέρειας. Για πρώτη φορά κατέστη δυνατή η απεικόνιση όχι μόνο της αρχιτεκτονικής του μεταφορέα UapA, αλλά και μεμονωμένων μορίων νερού και των λιπιδίων της μεμβράνης που τον περιβάλλουν, αποκαλύπτοντας τον τρόπο με τον οποίο αυτά ρυθμίζουν τη δέσμευση του υποστρώματος, τη συγγένεια πρόσδεσης και ολόκληρο τον κύκλο μεταφοράς.

Σχήμα 1. Δομή του διμερούς UapA όπως προέκυψε με κρυοηλεκτρονική μικροσκοπία (cryo-EM), σε πλάγια όψη. Το ένα πρωτομερές απεικονίζεται με χρωματική κωδικοποίηση ανά δομική περιοχή: περιοχή πυρήνα (μπλε), περιοχή σκελετού (ροζ) και Ν-τελική ουρά (πράσινο). Οι πυκνότητες που αντιστοιχούν σε λιπίδια ή μόρια DDM αποδίδονται με πορτοκαλί χρώμα.

Ένα από τα πλέον εντυπωσιακά ευρήματα αφορά την Ν-τελική άκρη της πρωτεΐνης, η οποία έως σήμερα θεωρούνταν εγγενώς αδόμητη. Οι νέες δομές δείχνουν ότι η περιοχή αυτή επιτελεί διπλή λειτουργία: αφενός εξασφαλίζει τη σωστή αναδίπλωση της πρωτεΐνης και τη διακίνηση της  στην κυτταρική επιφάνεια, και αφετέρου λειτουργεί ως ρυθμιστικό στοιχείο που καλύπτει την κινητή περιοχή μεταφοράς, συμμετέχοντας άμεσα στις διαμορφωτικές αλλαγές που απαιτούνται για τη μεταφορά του υποστρώματος.

Πέρα από τη θεμελιώδη σημασία της για τη βασική βιολογία, η παρούσα εργασία έχει και σημαντικές βιοϊατρικές προεκτάσεις, καθώς μεταφορείς όπως ο UapA αξιοποιούνται από διάφορες ουσίες, συμπεριλαμβανομένων αντιμυκητιασικών φαρμάκων, για να εισέλθουν στα κύτταρα των μυκήτων. Επομένως, η βαθύτερη κατανόηση της δομής και της λειτουργίας των μεταφορέων μπορεί να συμβάλει στην ανάπτυξη νέων θεραπευτικών στρατηγικών για την αντιμετώπιση μυκητιακών λοιμώξεων που προκαλούνται από παθογόνα είδη του γένους Aspergillus, τα οποία αποτελούν διαρκώς αυξανόμενη απειλή για τους ανοσοκατεσταλμένους ασθενείς.

Για περισσότερες πληροφορίες

Καθ. Γιώργος Διαλλινάς

e-mail: diallina@imbb.forth.gr

diallina@biol.uoa.gr

+306974799929

http://scholar.uoa.gr/diallina/home