Study of factors influencing the function of MntH, membrane transport protein of E. coli

Abstract

Protein MntH patřící do rodiny transportérů Nramp hraje důležitou roli nejen v homeostáze železa a manganu, ale i při obraně bakteriálních buněk před imunitní reakcí napadeného hostitele. Tento protein transportuje do buňky dvojmocné kovové ionty v symportu s protony, přičemž stechiometrie tohoto transportu se mění v závislosti na membránovém potenciálu a na extracelulárním pH. V první části této práce byl pomocí redistribuční potenciálové sondy diS-C3(3) zkoumán vliv exprese MNTH a transportu dvojmocných iontů přenašečem MntH na membránový potenciál buněk E. coli. Zjistili jsme, že buňky exprimující MNTH jsou hyperpolarizovány a jejich membránový potenciál se depolarizuje po přidání některých dvojmocných kovů. Ve druhé části práce jsme se věnovali teoretickému studiu kinetiky membránových přenašečů popsaných čtyř-, šesti- nebo osmistavovým transportním modelem, do něhož byla zavedena závislost všech rychlostních konstant na membránovém potenciálu. Pomocí matematického modelování byla zkoumána závislost toku přenašečem na různých parametrech transportního modelu, jako jsou například membránový potenciál, koncentrace substrátu nebo náboj substrátu či přenašeče. Byly pozorovány některé jevy, popisované i u proteinu MntH (proměnná stechiometrie transportu a její závislost na potenciálu a pH). Pro detailnější...

MntH belongs to the Nramp family of transport proteins, and plays an important role not only in homeostasis of iron and manganese, but also in bacterial defence against the immunity response of an infected host cell. MntH co-transports divalent metal ions into the cell together with protons with a stoichiometry dependent on the membrane potential and extracellular pH. Using the redistribution potential dye diS-C3(3), we measured the effects of MNTH expression and MntH-mediated metal transport on the cell membrane potential and intracellular pH. Cells expressing MNTH were found to be hyperpolarised and their membrane potential was depolarised upon the addition of metal ions. In the theoretical part of our work, we explored general four-, six-, and eight-state carrier models that were modified by introducing the voltage dependence of all rate constants. Using mathematical modelling, we simulated the effect of various model parameters (including membrane potential, substrate concentration, and carrier or substrate charge) on substrate influx. We observed some of the transport characteristics described for MntH proteins such as variable symport stoichiometry that is influenced by the membrane potential and pH. However, for a more detailed simulation of the eight-state carrier model, more information about...