Unlocking substrate specificities of human solute carrier proteins using untargeted metabolomics

Immagina il tuo corpo come una città frenetica e tecnologicamente avanzata. Ogni cellula è un edificio e la membrana cellulare è il cancello di sicurezza che lo circonda. Affinché la città funzioni, specifici camion devono entrare e uscire da questi edifici per consegnare cibo, rimuovere la spazzatura e inviare messaggi. Questi camion sono il "carico" e i cancelli di sicurezza sono i "trasportatori". Per molto tempo, gli scienziati hanno conosciuto i nomi di molti di questi cancelli, ma non sapevano esattamente quali camion dovessero far passare. Alcuni cancelli erano "orfani": sapevamo che esistevano, ma non avevamo idea di cosa facessero. Altri erano "promiscui", ovvero sembravano far entrare ogni sorta di camion casuale, non solo quelli per cui erano stati assunti. Capire quale cancello gestisce quale camion è fondamentale perché se un cancello viene bloccato o si rompe, l'intera città può ammalarsi. È come cercare di riparare un ingorgo stradale senza sapere quale incrocio sia intasato.

Ora, immagina di voler scoprire cosa fa passare un determinato e misterioso cancello di sicurezza. Il vecchio metodo consisteva nello stare al cancello e aspettare che arrivasse un camion specifico che pensavi potesse esserci. Se non arrivava, dovevi indovinare di nuovo e provare un camion diverso. Questo è lento, noioso, e potresti perdere i camion strani e inaspettati che in realtà usano quel cancello. Un'idea migliore è organizzare una festa massiccia e caotica al cancello, dove migliaia di camion diversi da ogni angolo della città arrivano tutti insieme. Poi, ti basta osservare quali di essi riescono effettivamente ad entrare e quali escono. Questo è esattamente ciò che un gruppo di scienziati ha fatto, ma invece di una città, hanno usato minuscole uova di rana (oociti di Xenopus) come i loro cancelli di sicurezza, e invece di una festa, hanno usato una goccia di siero del sangue umano—un liquido che brulica di migliaia di diverse molecole.

In questo studio, i ricercatori hanno allestito un esperimento ingegnoso per "de-orfare" cinque specifici trasportatori umani. Hanno preso delle uova di rana, che sono naturalmente molto silenziose e non hanno molti dei propri cancelli di sicurezza, e hanno iniettato loro i progetti (mRNA) per costruire cinque diversi trasportatori umani. Una volta che le uova hanno iniziato a costruire questi cancelli, le hanno immersi nel siero del sangue umano. Questo siero è come una biblioteca chimica contenente migliaia di diversi metaboliti endogeni (i mattoni naturali del corpo) e xenobiotici (sostanze estranee come i farmaci). Dopo un'ora, gli scienziati hanno scattato una "fotografia" di ciò che era all'interno delle uova e di ciò che era rimasto nel siero. Confrontando le liste "prima" e "dopo", potevano vedere quali molecole erano scomparse dal siero (il che significa che il cancello le ha fatte entrare) o erano apparse nel siano (il che significa che il cancello le ha spinte fuori).

I risultati sono stati un misto tra la conferma di ciò che già sapevamo e la scoperta di alcuni nuovi ospiti sorprendenti. Per un cancello, SLC10A2, che è noto per gestire gli acidi biliari (detergenti che il fegato produce per digerire i grassi), il team è riuscito a individuare l'acido glicocolico che veniva attirato all'interno dell'uovo. Questo è stato un buon segno che il loro metodo funzionava. Per un altro cancello, SLC16A10, che di solito muove amminoacidi aromatici (i mattoni delle proteine), hanno visto gli amminoacidi attesi come il triptofano e la fenilalanina uscire dall'uovo. Ma ecco la parte divertente: hanno trovato anche due nuovi sospetti, l'acido ippurico e l'acido 3-fenillattico, muoversi attraverso questo stesso cancello. Questi non sono i soliti sospetti, ma sembrano strutturalmente simili agli amminoacidi, suggerendo che questo cancello potrebbe essere un po' più flessibile di quanto pensassimo.

Per assicurarsi che queste nuove scoperte non fossero solo un errore tecnico, gli scienziati hanno eseguito delle simulazioni informatiche chiamate "docking molecolare". Immagina di cercare di inserire una chiave in una serratura; la simulazione controlla se la forma delle nuove molecole si adatta perfettamente al buco del trasportatore. I risultati hanno mostrato che queste nuove molecole si adattano altrettanto bene di quelle note, mentre le molecole che non appartengono ad esse (come l'istidina e la leucina) non si adattano affatto. Ciò suggerisce che il cancello riconosce una forma specifica—come un anello aromatico con un gruppo carbossilico—piuttosto che un semplice nome di un amminoacido.

Tuttavia, gli scienziati sono stati attenti a non esagerare con l'entusiasmo per i loro risultati. Hanno ammesso che il loro metodo non è perfetto. Alcune molecole attese, come il folato (una vitamina) e certi acidi organici, non sono comparse nei loro dati. Questo non significa necessariamente che i cancelli non le muovano; significa solo che la "telecamera" chimica che hanno usato non era abbastanza sensibile da catturarle, o che il processo di estrazione le ha perse. Hanno anche notato che, sebbene abbiano visto alcuni cancelli spingere le cose fuori (efflusso), il che ha senso per un cancello che permette un flusso in entrambe le direzioni, è un po' strano per i cancelli che dovrebbero solo attirare le cose dentro. Sospettano che ciò possa essere dovuto a piccoli cambiamenti locali nell'ambiente intorno all'uovo o a effetti secondari, ma non hanno ancora affermato di aver risolto questo mistero.

In breve, questo articolo non sostiene di aver risolto l'enigma di ogni trasportatore. Inveve, offre un nuovo strumento potente: una "rete da pesca" fatta di siero del sangue umano e uova di rana che può catturare una grande varietà di attività dei trasportatori contemporaneamente. Ha confermato con successo le interazioni note e ha suggerito alcune nuove, dimostrando che guardare all'intera e caotica zuppa del siero del sangue è un ottimo modo per scoprire cosa stanno realmente facendo questi misteriosi cancelli cellulari. È un passo verso la mappatura del sistema di traffico della città, un cancello alla volta, senza dover indovinare prima quale camion cercare.