כל התאים חייבים לבקר בהקפדה את ריכוז היונים Na⁺ ו-(pH) H⁺ בתוכם, כדי לשמור עליהם בריכוז קבוע. בתהליכי בקרה אלה משתתפים חלבונים ממברנלים המשחלפים את Na⁺ ו-  H⁺ משני צדי הממברנה. חלבונים אלה נקראים אנתיפורטרים ל Na⁺,H⁺.
בשנת 2005 פתרה קבוצתה של פרופ' איתנה פדן, בשיתוף עם קבוצתו של פרופ' הרטמוט מיכל ממכון מקס פלנק, פרנקפורט, גרמניה את המבנה האטומי של  NhaA  -  האנטיפורטר העיקרי בחיידק Escherichia coli, וכך נפתחה הדרך ללימוד והבנת הקשר בין המבנה לאופן התפקוד של חלבונים אלה

המבנה האטומי של NhaA גילה קיפול מבני ייחודי שנקרא NhaA structural fold. החלבון בנוי מ- 12 הליקסים  (סלילים של חומצות אמינו) החוצים את הממברנה מצד לצד, וקשורים ביניהם בשרשרות ישרות מחוץ לממברנה. ההליקסים מספר III-V, ו- X-XII הם בעלי מבנה זהה ,אבל הפוכים בממברנה, וההליקסים IV, XI פרומים במרכז הממברנה לשרשרות ישרות החוצות זו את זו, ויוצרות את המבנה הייחודי בעל צורת ה- X המאפיין את ה NhaA structural fold (ראו תמונה).

אנו רצינו לברר האם ל- NhaA structural fold יש תפקיד משמעותי בפעילות החלבון. לשם כך בנינו שתי מוטציות - אחת בשרשרת XI והשניה בשרשרת IV, בהן שוחלפו שתי חומצות אמינו, משני צדי ה- X, לשני ציסטאינים  (D133C-T340C).  הציסטאינים מכילים קבוצות  SH, המאפשרות יצירת קישור S-S ביניהם בתנאים מחמצנים.

אכן מצאנו שבתנאים מחמצנים נוצר החיבור S-S, הקושר את שתי חומצות האמינו המוטנטיות זו לזו, ועל ידי כך מעכב את פעילות החלבון ואת יכולתו להקנות עמידות  תאית למלח ב-pH  גבוה.

בהמשך בודדנו וניקינו את החלבון המוטנטי מהממברנה, והראנו שהחלבון המבודד קושר ⁺Li (קטיון חד-ערכי המהווה תחליף ל- Na⁺). בתנאים מחמצנים, כשנוצר הקישור S-S, מקובע החלבון בצורה מסוימת, ולפיכך אין תנועה באזור ה- X.  חוסר אפשרות התנועה מעכב את מעגל פעילות החלבון.
עבודה זו מלמדת שה- NhaA structural fold המשוחרר חיוני לפעילותו של האנטיפורטר .NhaA

חלבונים ממברנלים רבים הינם בעלי  קיפול מבני ייחודי זה, למרות שאינם זהים ברצף חומצות האמינו שלהם, ביניהם החלבונים NTCP ו-ABST, המעורבים במחלות מרה, והחלבון NHA2, המעורב בלחץ דם גבוה. לפיכך, לעבודה זו חשיבות מדעית וקלינית הנוגעת במגוון חלבונים.

העבודה נעשתה בשיתוף עם ד"ר אברהם רימון וד"ר הדר אמרטלי.

קיראו את המאמר - https://www.nature.com/articles/s41598-024-56425-3