Draselné kationty jsou klíčové pro mnoho fyziologických procesů (např. pro kompenzaci negativního náboje makromolekul, regulaci vnitrobuněčného pH, membránového potenciálu nebo buněčného objemu). Naopak zvýšené hladiny ostatních kationtů alkalických kovů (Li⁺, Na⁺, Rb⁺) jsou pro buňky toxické. Pro udržení optimální koncentrace kationtů v cytosolu využívají buňky celou řadu transportních systémů, jejichž dokonalá souhra zajišťuje buňce stálé vnitřní prostředí nezbytné pro udržení života.

Kvasinka S. cerevisiae disponuje více než deseti různými transportéry pro kationty K⁺, Na⁺ a H⁺ lokalizovanými v plasmatické membráně (zajišťují vstup a výstup kationtů z buněk) nebo v membránách vnitrobuněčných organel (podílí se na transportu kationtů mezi cytosolem a buněčnými organelami). Charakterizací jednotlivých transportérů se snažíme pochopit, jak se eukaryotní buňky přizpůsobují neustálým změnám hladin iontů ve vnějším prostředí.

Transportní systémy pro K⁺ a Na⁺ v kvasince S. cerevisiae (červenou hvězdičkou jsou označeny transportní systémy, na jejichž charakterizaci jsme se podíleli).

U jednotlivých transportérů nás zajímá:

1. Lokalizace

Studované proteiny značíme fluorescenčními značkami a pozorujeme buňky syntetizující tyto proteiny ve fluorescenčním mikroskopu.

Nha1-GFP v plasmatické membráně (Kinclová et al., 2001)			Vhc1-GFP ve vakuolární membráně (Petrezselyová et al., 2013)			Kha1-GFP v Golgiho aparátu (Marešová et al., 2006)

Příklady lokalizace transportérů v kvasince S. cerevisiae

2. Struktura

Pomocí mutageneze hledáme aminokyselinové zbytky důležité pro fungování transportéru.

Strukturní (3D) model transmembránové oblasti Na⁺/H⁺ antiportního systému Sod2-22 z kvasinky Z. rouxii  vytvořený na základě podobnosti s  antiporterem NhaA z bakterie Escherichia coli (Kinclova-Zimmermannova et al., 2015). (a) Celkový pohled z boku. Vyznačeny jsou aminokyselinové zbytky Thr141, Ala179, Phe180 and Val375 důležité pro substrátovou specifitu transportéru (b) Detailní pohled na hydrofobní filtr důležitý pro určení substrátové specifity antiporterů Na⁺/H⁺ kvasinek. Pohled na TMS 2, 4, 5 a 11 v modelu 3D shora. Pravděpodobné vazebné místo pro kationty (Asp176) je umístěno za hydrofobním filtrem.

3. Transportní vlastnosti

Určujeme substrátovou specifitu a transportní aktivitu transportérů.

Fylogenetický strom ukazuje příbuznost kvasinkových Na⁺/H⁺ antiporterů plasmatické membrány, na jejichž charakterizaci se podílela naše laboratoř. Modře jsou označeny antiportery rozpoznávající jako substrát výhradně nebo s výrazně vyšší afinitou kationty Na⁺ a Li⁺ a sloužící tak kvasinkám především pro odstraňování toxických kationtů z buněk. Červeně označené proteiny exportují z buněk také draselné kationty a jejich úloha ve fyziologii buněk je komplexnější – podílí se na regulaci buněčného obsahu K⁺, vnitrobuněčného pH a objemu buněk.

4. Regulace aktivity

Na úrovni exprese genu, biogeneze daného proteinu či interakce s jinými proteiny.

Geny pro jednotlivé transportéry mohou být v buňkách S. cerevisiae deletovány. Naše laboratoř vlastní obsáhlou sbírku kmenů s delecemi jednotlivých transportních systémů nebo s kombinacemi delecí. V současné době hledáme nové regulační mechanismy, které se podílejí na udržování hemeostáze kationtů a pH v eukaryotních buňkách, např. na úrovni biogeneze transportérů (Rosas-Santiago et al., 2015, 2016), pomocí vzájemného propojení mezi transportéry protonů, draselných a/nebo vápenatých kationtů (Zimmermannova at al., 2015; Papouskova et al., 2015) nebo protřednictvím složení buněčných membrán (Kodedová at al., 2015). Kmeny kvasinek postrádající vlastní transportní systémy využíváme také ke studiu transportních systémů z jiných organismů (rostlin, živočichůi člověka).