The MemGen structural classification of secondary transporters : a membrane topology screening approach

Ondanks hun grote aantal en verscheidenheid, hebben (α-helix) membraan eiwitten een gemeenschappelijk architectuur die bestaat uit één of meer bundels membraan-spannende hydrofobe segmenten verbonden door hydrofiele lussen. De afwisselende gebieden van hoge en lage hydrofobiciteit leiden tot een hydropathie profiel karakteristiek voor het betreffende membraaneiwit. Het karakteristieke hydropathie profiel kan worden beschouwt als een soort vingerafdruk van de structuur van het eiwit. In de MemGen classificatie worden relaties tussen (schijnbaar niet-gerelateerde) transport eiwitten of families van transporteiwitten geïdentificeerd, door vergelijking van hydropathie profielen. Families van secundaire transporteiwitten zijn op deze wijze gegroepeerd in één van de structurele klassen, ST[1], ST[2], ST[3] en ST[4]. Alle leden van een structurele klasse hebben een globale structuur gemeen, die kenmerkend is voor de betreffende klasse. Dus, hoewel het MemGen classificatiesysteem in principe geen membraan topologie voorspellingsmethode is, kennis van de topologie van één eiwit in een structurele klasse, betekent kennis van de globale topologie van iedere transporter in die structurele klasse [33]. Het doel van dit onderzoek was een experimentele methode te ontwikkelen die discriminatie tussen de topologie-modellen, afgeleid van verschillende voorspellers, mogelijk maakt. De methode werd vervolgens gebruikt om de structurele classificatie door MemGen te verifiëren. De TopScreen aanpak leverde een grote hoeveelheid gegevens die volledig in overeenstemming waren met MemGen “voorspellingen”, en ondersteund daarmee de karakteristieke hypothetische vouwing (‘global fold’) van ST[3] transport families. Op basis van de studies beschreven in dit proefschrift, werd gesuggereerd dat de kern structuur die in de [st324]GltS en [st326]2HCT families ook geld voor de schijnbaar ongerelateerde IT-superfamilie en andere families in klasse ST[3]. Notwithstanding their great variety and number, α-helical membrane proteins share a common architecture: one or more bundles of membrane spanning hydrophobic regions connected by hydrophilic loops. The alternation of regions of high and low hydrophobicity give rise to a hydropathy profile characteristic to the membrane protein, and provides a fingerprint of the structure of the protein. In the MemGen classification system, similarities between (seemingly non-related) proteins or protein families are identified by comparison of hydropathy profiles. Each familie of membrane proteins is grouped in one of the structural classes, ST[1], ST[2], ST[3] and ST[4]. All members of a structural class share a global fold characteristic for that class. Although the MemGen classification system is not a membrane topology prediction method in itself, knowing the topology of one protein in a structural class infers knowing them all [33]. The objective of this research was to develop an experimental method that allows discrimination between topology models derived from different predictors. The method was subsequently used to experimentally evaluate the structural classification by MemGen. The TopScreen approach provided a large amount of data that was in full agreement with MemGen predictions, providing strong support for the typical fold of ST[3] transporter families. Based on the studies reported in this thesis, it was suggested that the ‘core’ structure identified in the [st324]GltS and [st326]2HCT families is also valid for the seemingly unrelated IT superfamily transporters and other families in class ST[3].