Molekulare Mechanismen und Asymmetrie im Transport von Lactat : Struktur-Funktionsbeziehungen des humanen Monocarboxylattransporters 1

Lactat dient im menschlichen Organismus als universeller Energieträger und Signalmolekül, das zwischen lactatproduzierenden (glykolytischen) und -konsumierenden (oxidativen) Zellen und Geweben ausgetauscht wird. Dieser Austausch wird durch vier Isoformen der humanen Monocarboxylattransporter (MCT1-4) vermittelt und spielt unter anderem im reprogrammierten Energiestoffwechsel von Tumorzellen eine zentrale Rolle. In dieser Arbeit wurden strukturelle Unterschiede zwischen den vorwiegend mit Lactatimport assoziierten Isoformen MCT1/2 und den mit Lactatexport assoziierten Isoformen MCT3/4 identifiziert. Diese wurden in Mutationsanalysen hinsichtlich ihres funktionellen Beitrags zu Transportkinetik, Substrataffinität und bevorzugter Direktionalität untersucht. Hierzu wurde MCT1 heterolog in Saccharomyces cerevisiae exprimiert. Der ethanol-fermentative Modellorganismus eignete sich, um in einem 14C-Transportassay die kinetischen Parameter und die Gleichgewichtslage des MCT1-vermittelten Lactattransports (K_eq =k_in / k_out) zu bestimmen. Die gezielte Modifikation der MCT1-Substratbindetasche führte zu einer kinetisch bedingten Verschiebung dieser Gleichgewichtslage in Richtung des Lactatexports. Neben den proteinintrinsichen, asymmetrischen Transporteigenschaften der MCT1-4 wurde der bereits in früheren Arbeiten beschriebene, transportmodulierende Effekt des MCT-Chaperons Basigin untersucht. Basierend auf Molecular Dynamics-Simulationen und experimentellen 14C-Transportuntersuchungen wurde folgender regulatorischer Mechanismus postuliert: Die extrazelluläre Ig-I-Domäne des Basigins kann den MCT-Transportpfad abschirmen und damit den einwärts gerichteten Lactattransport mechanistisch begünstigen. Die Etablierung eines hefebasierten Fluoreszenzassays erweiterte die Möglichkeiten zur Charakterisierung von Lactattransportern im Modellorganismus S. cerevisiae. Die vorliegende Arbeit liefert Erkenntnisse zu Struktur-Funktionsbeziehungen der lactattransportierenden MCT sowie zur transportregulierenden Funktion des Chaperons Basigin. Diese ergänzen das physiologische Verständnis des metabolischen Zusammenspiels glykolytischer und oxidativer Zellen auf biophysikalischer Ebene.