Forskare har använt Nobelprisbelönt mikroskopteknik för att avslöja en jonkanalstruktur som kan leda till nya behandlingar för njursten. I en nyligen publicerad studie publicerad i Naturens strukturella och molekylära biologi , forskare avslöjade detaljer på atomnivå av proteinet som fungerar som en passage för kalcium över njurcellmembran.

Cirka 80 procent av njurstenen består av kalciumsalter. De är extremt smärtsamma att passera, och beroende på storlek och plats kan kräva operation för att ta bort. Jonkanaler som sträcker sig över njurcellsmembran hjälper till att återuppta kalcium från urinen innan det kan bilda njursten. Den nya studien är den första som visar molekylära detaljer om den viktiga njurkalciumkanalen, kallas TRPV5, i sin slutna form. Studien avslöjar också hur inhibitormolekyler fäster till och stänger kanalen, lämnar kalcium kvar i urinen där det kan bilda njursten.

"Nu när vi vet hur proteinet ser ut i sitt hämmade tillstånd, läkemedel kan göras med avsikten att modulera TRPV5-aktivitet och potentiellt behandla njursten direkt, " sa första författaren Taylor Hughes, Doktorand vid institutionen för farmakologi vid Case Western Reserve University School of Medicine.

I den nya studien, Hughes och kollegor använde en teknik som kallas kryo-elektronmikroskopi – som vann Nobelpriset i kemi 2017 – för att se kanin TRPV5 fäst vid dess inhibitormolekyl, ekonazol. Kryoelektronmikroskopi gjorde det möjligt för forskarna att zooma in och se proteinstrukturer i atomdetaljer. Från den nya utsiktspunkten kunde de identifiera olika proteinregioner, inklusive den del som passerar njurcellsmembran, och fästställen för molekyler som ekonazol.

"När man utför kryo-elektronmikroskopi, vi skjuter elektroner mot vårt frusna protein och det gör att vi kan ta bilder av enskilda proteinmolekyler. Med dessa bilder och avancerad datormjukvara kan vi skapa 3D-modeller av dessa molekyler. Dessa 3D-modeller har potential att vara så exakta att vi faktiskt kan se atomerna som utgör proteinet, ", förklarade Hughes.

3D-modellerna hjälpte forskarna att förutsäga hur TRPV5 öppnas och stängs för första gången. "För att förstå hur ett protein rör sig behöver vi flera strukturer för att jämföra med varandra, ", sade Hughes. "Vi kunde dra slutsatser om verkningsmekanismerna genom att jämföra vår inhibitor-bundna struktur med en tidigare publicerad TRPV6-struktur löst utan en inhibitor. TRPV5 och TRPV6 är en del av samma underfamilj av proteiner och mycket lika i sekvens såväl som struktur." Den nya forskningen bygger på experiment utförda av Tibor Rohacs, MD, PhD, vid Rutgers New Jersey Medical School och beräkningar av Marta Filizola, PhD vid Icahn School of Medicine vid Mount Sinai.

Forskarna tittade på TRPV5-ekonazolkomplex under det 12 fot höga kryoelektronmikroskopet som finns vid Electron Imaging Center for NanoMachines i California NanoSystems Institute vid University of California Los Angeles. Vera Moiseenkova-Bell, PhD, senior författare på studien, har tillgång till denna anläggning som medlem i West/Midwest-konsortiet för högupplöst kryoelektronmikroskopi med stöd av National Institutes of Health. Studien samlade också andra forskare från Case Western Reserve University, University of California Los Angeles, Rutgers University, Icahn School of Medicine vid Mount Sinai, och Pfizer. Moiseenkova-Bell är en Mount Sinai Scholar och tidigare docent i farmakologi vid Case Western Reserve University School of Medicine.

"Denna publikation är första gången strukturen för TRPV5 har lösts. Nu, strukturer för fyra av de sex TRPV-underfamiljemedlemmarna är tillgängliga med nära atomär upplösning för ytterligare vetenskaplig undersökning, " sa Hughes. Enligt forskarna, framtida studier kan inkludera riktade terapier för att modulera proteinkanalerna hos personer som lider av njursten.