La cryo-ME révèle le fonctionnement du transporteur de taurine et sa dimérisation via le cholestérol

La taurine est l'un des acides aminés les plus abondants dans le corps humain, concentrée dans les tissus excitables tels que le cerveau, la rétine et le cœur. Elle joue un rôle essentiel dans l'osmorégulation, l'antioxydation, la neurotransmission et le vieillissement. La biosynthèse de la taurine diminuant avec l'âge, le transporteur de taurine (TauT, membre de la famille SLC6/transporteurs sodium-neurotransmetteurs) devient le principal mécanisme permettant de maintenir des niveaux intracellulaires adéquats en taurine. Un dysfonctionnement du TauT est associé à la dégénérescence rétinienne, à la cardiomyopathie, aux troubles neurologiques et à la dérégulation métabolique, ce qui confère une importance clinique à la compréhension structurale de son fonctionnement.

L'équipe de recherche a exprimé le TauT humain de type sauvage pleine longueur dans des cellules HEK293S GnTI⁻ et l'a purifié dans des micelles de détergent (LMNG) ou reconstitué dans des nanodisques lipidiques de compositions variées. La cryo-EM à particules individuelles a été utilisée pour résoudre des structures dans trois états fonctionnels : l'état apo ouvert vers l'intérieur (3,20 Å), et des états occlus liés à la taurine (3,05 Å) ou au GABA (3,26 Å). Les échantillons reconstitués en nanodisques ont en outre révélé des formes monomériques (3,23 Å) et homodimérique (3,25 Å) du TauT.

Toutes les structures partagent le repliement canonique de type LeuT — 12 hélices transmembranaires présentant une symétrie pseudo-deux fois inversée — commun aux membres de la famille SLC6. Le site de liaison au substrat accommode la taurine via des interactions électrostatiques et des liaisons hydrogène spécifiques qui diffèrent subtilement, mais de façon déterminante, de celles observées dans GAT1, expliquant ainsi pourquoi le TauT présente une affinité bien plus faible pour le GABA que les transporteurs dédiés à ce dernier, malgré une similarité de séquence d'environ 62 %. La structure apo capture le transporteur dans une conformation ouverte vers l'intérieur, tandis que la liaison au substrat entraîne la transition vers un état occlus, cohérent avec le mécanisme de transport par accès alternatif.

Une découverte majeure et inédite réside dans l'homodimérisation du TauT médiée par le cholestérol. Le dimère — observé uniquement dans les conditions de nanodisques, et non en présence de détergent — est assemblé via deux molécules de cholestérol qui s'intercalent entre TM5 d'un protomère et TM7/EL3 de l'autre, formant des contacts hydrophobes avec des résidus incluant Leu258, Val262, Thr266, Phe338, Phe342 et Leu278. Des contacts intermoléculaires directs TM5-TM5 (Val262, Leu265) stabilisent davantage l'interface. Des mutations par substitution de charge aux positions Val262 et Leu265 ont aboli l'activité de transport, soulignant l'importance fonctionnelle de ces interactions. L'élimination du cholestérol par traitement à la méthyl-bêta-cyclodextrine a supprimé la population dimérique, confirmant le rôle essentiel du cholestérol. Cette architecture dimérique du TauT diffère du récent homodimère de NET décrit, qui implique le cholestérol, le PI et le PIP2 au niveau d'une interface TM3/4/9/12.

Ces résultats fournissent le premier cadre à l'échelle atomique pour comprendre la sélectivité du TauT pour ses substrats et son mécanisme de transport, et révèlent la dimérisation dépendante du cholestérol comme une caractéristique potentiellement régulatrice du TauT. Les données structurales constituent un socle pour la conception rationnelle de modulateurs du TauT destinés au traitement des maladies liées à une carence en taurine, et susceptibles de ralentir le déclin associé au vieillissement.