Ny undersøgelse forklarer mekanismer for salttransport og kan hjælpe med at behandle cystisk fibrose

I en nyligt publiceret forskningsartikel ansøgte Pablo Artigas, Ph.D., fra Center for Membrane Protein Research ved Texas Tech University Health Sciences Center (TTUHSC) School of Medicines afdeling for cellefysiologi og molekylær biofysik, og et team af samarbejdspartnere funktionelle og strukturelle analyser for at undersøge hvilke strukturelle træk ved proton/kalium (H ⁺ /K ⁺ ) pumper og natrium/kalium (Na ⁺ /K ⁺ ) pumper fører dem til at regulere passagen af ​​salte over membranbarrierer.

Undersøgelsen, "Struktur og funktion af H ⁺ /K ⁺ Pumpemutanter viser Na ⁺ /K ⁺ Pump Mechanisms," blev udgivet i september af Nature Communications . Forskerholdet omfattede Artigas og TTUHSC kandidatstuderende Victoria C. Young, Ph.D., og Dylan J. Meyer, Ph.D.; Hanayo Nakanishi, Ph.D., Atsunori Oshima, Ph.D., og Kazuhiro Abe, Ph.D., fra Nagoya (Japan) Universitet; og Tomohiro Nishizawa, Ph.D., fra Yokohama (Japan) City University.

I enhver menneskelig celle er Na ⁺ /K ⁺ pumpen transporterer to kalium (K ⁺ ) ioner ind i cellen og udleder tre natrium (Na ⁺ ). ) ioner. Koncentrationsgradienterne for disse ioner er nødvendige for elektrisk signalering i hjernen, hjertet og musklerne, og til indtagelse af næringsstoffer og regulering af intracellulære koncentrationer af calcium og protoner i alle celletyper. De fire typer af Na ⁺ /K ⁺ pumper lokaliseres til forskellige væv. Sygdomsmutationer inden for tre af disse Na ⁺ /K ⁺ pumper forårsager neuromuskulære, kognitive, endokrine eller kardiovaskulære lidelser.

To H ⁺ /K ⁺ pumper har lidt forskellige ion-genkendelsessteder og er udtrykt på den apikale side af mange epitel, hvor de transporterer en proton (H ⁺ ) ud af cellen og bring et kalium (K ⁺ ind ) ion. Den gastriske H ⁺ /K ⁺ pumpen forsurer maven og er målet for omeprazol, et antacida lægemiddel. Den ikke-mave H ⁺ /K ⁺ pumpe deltager i K ⁺ reabsorption og bidrager til forsuring af luftvejene, en vigtig del af cystisk fibrose-patologi.

"De to proteiner (H ⁺ /K ⁺ og Na ⁺ /K ⁺ pumper) er omkring 70 % identiske, så vi så på, hvilke mindre forskelle der kunne være ansvarlige for forskellen i selektiviteten og i antallet af ioner, der transporteres," forklarede Artigas.

Undersøgelsen fastslog, at samtidig udskiftning af aminosyrerester på fire steder i det ikke-mave H ⁺ /K ⁺ pumpe med dem, der er til stede i Na ⁺ /K ⁺ pumpe er nok til at omdanne et protein, der normalt transporterer en proton for en kalium til en, der transporterer tre natrium for to kalium, hvilket giver ny indsigt i, hvordan disse proteiner udvælger de ioner, de skal transportere.

"Så vidt vi ved, er dette den første demonstration af at ændre et protein, der udelukkende transporterer H ⁺ omdannes til et protein, der udelukkende transporterer Na ⁺ ," sagde Artigas. "Vi tror, ​​det kunne hjælpe andre, der udfører lignende typer arbejde med andre membranproteiner, at designe en lignende ændring af selektiviteten mellem Na ⁺ og H ⁺ . Vi kan gøre det på én måde, men vi prøver nu at gøre det på den anden måde:kommer fra Na ⁺ /K ⁺ pumpe til (ikke-mave) H ⁺ /K ⁺ pumpe."

Betydningen af ​​det ikke-mave H ⁺ /K ⁺ pumpe i kroppen forbliver stort set ukendt, men det er kendt, at dens hæmning forhindrer luftvejsinfektioner i en dyremodel af cystisk fibrose.

"Ud over at transformere en type protein til en anden, har vi, takket være vores strukturbiolog-samarbejdspartnere i Japan, bestemt strukturen af ​​det ikke-mave-H ⁺ /K ⁺ pumpe," sagde Artigas. "Denne struktur kan bruges til at udvikle specifikke inhibitorer til effektivt at behandle patienter med cystisk fibrose."

Nu hvor Artigas og hans samarbejdspartnere har konverteret den ikke-mave H ⁺ /K ⁺ pump til et Na ⁺ /K ⁺ pumpe, forsøger de flere andre konverteringer ved hjælp af gastrisk H ⁺ /K ⁺ og Na ⁺ /K ⁺ pumper.

"Vi har stadig ikke været i stand til at konvertere gastrisk H ⁺ /K ⁺ pumpe ind i et Na ⁺ /K ⁺ pumpe eller et Na ⁺ /K ⁺ pumpe ind i et H ⁺ /K ⁺ pumpe for fuldt ud at forstå selektivitetsmekanismen," sagde Artigas. "Vi vil bruge de nuværende og fremtidige strukturer af ikke-mave H ⁺ /K ⁺ pumpe for at forsøge at generere specifikke inhibitorer til at hjælpe med at behandle patienter med cystisk fibrose." + Udforsk yderligere

Unik fundament afsløret for mavens syrepumpe