Molekylære detaljer om protein afslører et glimt af, hvordan nyresten dannes

Nyresten - faste, småstenslignende grus, der dannes, når for meget af visse mineraler som calcium er i urinen - kan ramme mænd, Kvinder, og i stigende grad, børn, og tilstedeværelsen og smerten af ​​sten rammer mere end 12 procent af verdens befolkning. Ved at bruge den 2017 Nobelprisvindende teknik med kryo-elektronmikroskopi (cryo-EM) til at fange et billede i høj opløsning af et ionkanalprotein, kaldet TRPV5, der fjerner calcium fra urinen, forskere fra Perelman School of Medicine ved University of Pennsylvania, Rutgers University Medical School, og Temple University, fundet nye spor om, hvordan nyresten dannes.

Med ny information opnået fra TRPV5's molekylære struktur, forskere vil nu være i stand til at bruge bioinformatik til at opdage forbindelser, der interagerer med TRPV5 for at behandle og forebygge nyresten i udsatte populationer. Holdet offentliggjorde deres resultater i Naturkommunikation .

Anført af Vera Moiseenkova-Bell, Ph.D., en lektor i systemfarmakologi og translationel terapi, holdet fangede et billede af TRPV5-ionkanalproteinet i både åben og lukket tilstand. Alle celler har kanaler i deres ydre membraner, der tillader strømmen af ​​små ioner såsom natrium, kalium, eller calcium. Denne tovejsbevægelse hjælper i mange roller, f.eks. udløser et immunrespons, kommunikerer mellem hjerneceller, og filtrering af nyrerne.

Tæt på 99 procent af calcium reabsorberes af nyretubuli, og TRPV5 laves kun i de celler, der beklæder tubuli, hvor calciumniveauet i urinen opretholdes. De fleste nyresten indeholder calcium, og for meget calcium i urinen disponerer folk for dannelsen af ​​disse smertefulde aflejringer.

Cryo-EM bruger en elektronstråle til at tage tusindvis af snapshots af individuelle frosne proteinmolekyler. Algoritmer kombinerer derefter de mange billeder for at skærpe det overordnede billede af en molekylær struktur. Ved at bruge disse billeder, Moiseenkova-Bell, som også er direktør for Penn's Beckman Center for Kryo-Electron Microscopy, og hendes team afslørede TRPV5-strukturen for at besvare spørgsmål om proteinets fysiologiske rolle i sygdom.

"Vi kunne se, for første gang, hvordan dette protein åbner ved at aktivere membranlipider, " sagde co-first forfatter Taylor Hughes, en kandidatstuderende i Moiseenkova-Bells laboratorium. "Mange proteiner reguleres på samme måde, så vores struktur lægger grunden til at forstå denne proces i andre omgivelser."

Postdoc og medforfatter Ruth Pumroy, Ph.D., tilføjer, at holdet også opdagede strukturen af ​​en lukket kanal i nærvær af et protein kaldet calmodulin, som direkte tilstopper kanalens pore uden at få poren til at bevæge sig. "Dette afslørede en unik mekanisme for TRPV5-hæmning, som kunne være nyttig til at finde nye bindingspartnere og lægemiddelopdagelse, " sagde Pumroy.

Rutgers medforfatter Tibor Rohacs og medforfatter Aysenur Yazici, en kandidatstuderende i sit laboratorium, verificerede forudsigelser af, hvordan kanalen fungerer ved at ændre individuelle aminosyrer i TRPV5-strukturen for at se, om strømmen af ​​calcium gennem den ændrede kanal ville afvige. Når aminosyrer i kontakt med et lipid i TPRV5-strukturen blev ændret, TRPV5 tillod ikke calcium at strømme ind i cellen. Når en anden TPRV5-aminosyre blev ændret i kanalen, den hæmmende effekt af calmodulin forsvandt. Samarbejdspartnerne på Temple brugte sofistikerede computerprogrammer til yderligere at validere resultaterne.