Njursten - fast, småstensliknande gryn som bildas när för mycket av vissa mineraler som kalcium finns i urinen – kan drabba män, kvinnor, och alltmer, barn, och förekomsten och smärtan av stenar drabbar mer än 12 procent av världens befolkning. Genom att använda 2017 års Nobelprisvinnande teknik för kryoelektronmikroskopi (cryo-EM) för att fånga en högupplöst bild av ett jonkanalprotein, kallas TRPV5, som tar bort kalcium från urinen, forskare från Perelman School of Medicine vid University of Pennsylvania, Rutgers University Medical School, och Temple University, hittade nya ledtrådar om hur njursten bildas.
Med ny information från TRPV5:s molekylära struktur, Forskare kommer nu att kunna använda bioinformatik för att upptäcka föreningar som interagerar med TRPV5 för att behandla och förebygga njursten i riskgrupper. Teamet publicerade sina resultat i Naturkommunikation .
Leds av Vera Moiseenkova-Bell, Ph.D., en docent i systemfarmakologi och translationell terapi, teamet tog en bild av TRPV5-jonkanalproteinet i både öppet och stängt tillstånd. Alla celler har kanaler i sina yttre membran som tillåter flödet av små joner som natrium, kalium, eller kalcium. Denna tvåvägsrörelse hjälper till i många roller, t.ex. utlöser ett immunsvar, kommunicera mellan hjärnceller, och filtrering genom njuren.
Närmare 99 procent av kalcium absorberas av njurtubuli, och TRPV5 görs endast i cellerna som kantar tubuli där kalciumnivån i urinen upprätthålls. De flesta njurstenar innehåller kalcium, och för mycket kalcium i urinen predisponerar människor för bildandet av dessa smärtsamma avlagringar.
Cryo-EM använder en elektronstråle för att ta tusentals ögonblicksbilder av individuella frusna proteinmolekyler. Algoritmer kombinerar sedan flera bilder för att skärpa den övergripande bilden av en molekylstruktur. Med hjälp av dessa bilder, Moiseenkova-Bell, som också är chef för Penns Beckman Center for Cryo-Electron Microscopy, och hennes team avslöjade TRPV5-strukturen för att svara på frågor om proteinets fysiologiska roll i sjukdom.
"Vi kunde se, för första gången, hur detta protein öppnas genom att aktivera membranlipider, " sa medförfattaren Taylor Hughes, en doktorand i Moiseenkova-Bells labb. "Många proteiner regleras på liknande sätt, så vår struktur lägger grunden för att förstå denna process i andra miljöer."
Postdoktor och medförfattare Ruth Pumroy, Ph.D., tillägger att teamet också upptäckte strukturen av en sluten kanal i närvaro av ett protein som heter calmodulin, som direkt täpper till kanalens por utan att få poren att röra sig. "Detta avslöjade en unik mekanism för TRPV5-hämning som kan vara användbar för att hitta nya bindningspartners och läkemedelsupptäckt, sa Pumroy.
Rutgers medförfattare Tibor Rohacs och medförfattare Aysenur Yazici, en doktorand i sitt labb, verifierade förutsägelser om hur kanalen fungerar genom att ändra enskilda aminosyror i TRPV5-strukturen för att se om flödet av kalcium genom den förändrade kanalen skulle skilja sig åt. När aminosyror i kontakt med en lipid i TPRV5-strukturen förändrades, TRPV5 tillät inte kalcium att flöda in i cellen. När en annan TPRV5-aminosyra ändrades i kanalen, den hämmande effekten av kalmodulin försvann. Samarbetspartnerna vid Temple använde sofistikerade datorprogram för att ytterligare validera resultaten.
