In un articolo di ricerca pubblicato di recente, Pablo Artigas, Ph.D., del Center for Membrane Protein Research presso il Texas Tech University Health Sciences Center (TTUHSC) School of Medicine's Department of Cell Physiology and Molecular Biophysics, e un team di collaboratori hanno applicato analisi funzionali e strutturali per indagare quali caratteristiche strutturali del protone/potassio (H ⁺ /K ⁺ ) pompe e sodio/potassio (Na ⁺ /K ⁺ ) le pompe le portano a regolare il passaggio dei sali attraverso le barriere di membrana.

Lo studio, "Struttura e funzione di H ⁺ /K ⁺ I mutanti della pompa rivelano Na ⁺ /K ⁺ Pump Mechanisms", è stato pubblicato a settembre da Nature Communications . Il team di ricerca comprendeva gli studenti laureati Artigas e TTUHSC Victoria C. Young, Ph.D., e Dylan J. Meyer, Ph.D.; Hanayo Nakanishi, Ph.D., Atsunori Oshima, Ph.D., e Kazuhiro Abe, Ph.D., dell'Università di Nagoya (Giappone); e Tomohiro Nishizawa, Ph.D., della Yokohama (Giappone) City University.

In ogni cellula umana, il Na ⁺ /K ⁺ pompa trasporta due potassio (K ⁺ ) ioni nella cellula e fa uscire tre sodio (Na ⁺ ) ioni. I gradienti di concentrazione per questi ioni sono necessari per la segnalazione elettrica nel cervello, nel cuore e nei muscoli, e per l'assunzione di nutrienti e la regolazione delle concentrazioni intracellulari di calcio e protoni in tutti i tipi cellulari. I quattro tipi di Na ⁺ /K ⁺ le pompe si localizzano in diversi tessuti. Mutazioni della malattia all'interno di tre di questi Na ⁺ /K ⁺ le pompe causano disturbi neuromuscolari, cognitivi, endocrini o cardiovascolari.

Due H ⁺ /K ⁺ le pompe hanno siti di riconoscimento ionico leggermente diversi e sono espresse sul lato apicale di molti epiteli, dove trasportano un protone (H ⁺ ) fuori dalla cellula e portano dentro un potassio (K ⁺ ) ione. L'H ⁺ gastrico /K ⁺ pompa acidifica lo stomaco ed è il bersaglio dell'omeprazolo, un farmaco antiacido. L'H ⁺ non gastrico /K ⁺ pump partecipa a K ⁺ riassorbimento e contribuisce all'acidificazione delle vie aeree, una parte importante della patologia della fibrosi cistica.

"Le due proteine ​​(H ⁺ /K ⁺ e Na ⁺ /K ⁺ pompe) sono identiche per circa il 70%, quindi abbiamo esaminato quali differenze minori potrebbero essere responsabili della differenza nella selettività e nel numero di ioni trasportati", ha spiegato Artigas.

Lo studio ha determinato che la sostituzione simultanea dei residui di amminoacidi in quattro punti all'interno dell'H ⁺ non gastrico /K ⁺ pompa con quelli presenti nel Na ⁺ /K ⁺ pompa è sufficiente per trasformare una proteina che normalmente trasporta un protone per un potassio in una che trasporta tre sodio per due potassio, fornendo nuove informazioni su come queste proteine ​​selezionano gli ioni che devono trasportare.

"Per quanto ne sappiamo, questa è la prima dimostrazione della modifica di una proteina che trasporta esclusivamente H ⁺ si trasforma in una proteina che trasporta esclusivamente Na ⁺ ", ha detto Artigas. "Pensiamo che potrebbe aiutare altri a condurre simili tipi di lavoro con altre proteine ​​di membrana per progettare un cambiamento simile alla selettività tra Na ⁺ e H ⁺ . Possiamo farlo in un modo, ma ora stiamo cercando di farlo in un altro modo:vieni dal Na ⁺ /K ⁺ pompa all'H ⁺ (non gastrico). /K ⁺ pompa."

L'importanza dell'H ⁺ non gastrico /K ⁺ pompa nel corpo rimane in gran parte sconosciuta, ma è noto che la sua inibizione previene le infezioni delle vie aeree in un modello animale di fibrosi cistica.

"Oltre a trasformare un tipo di proteina in un altro, grazie ai nostri collaboratori bio-strutturali in Giappone, abbiamo determinato la struttura dell'H ⁺ non gastrico /K ⁺ pompa", ha affermato Artigas. "Questa struttura potrebbe essere utilizzata per sviluppare inibitori specifici per trattare efficacemente i pazienti con fibrosi cistica".

Ora che Artigas e i suoi collaboratori hanno convertito con successo l'H ⁺ non gastrico /K ⁺ pompa a un Na ⁺ /K ⁺ pompa, stanno tentando diverse altre conversioni usando l'H ⁺ gastrico /K ⁺ e Na ⁺ /K ⁺ pompe.

"Non siamo ancora riusciti a convertire l'H ⁺ gastrico /K ⁺ pompare in un Na ⁺ /K ⁺ pompa o un Na ⁺ /K ⁺ pompare in un H ⁺ /K ⁺ pompa per comprendere appieno il meccanismo della selettività", ha affermato Artigas. "Utilizzeremo le strutture attuali e future dell'H ⁺ non gastrico /K ⁺ pompa per tentare di generare inibitori specifici per aiutare a curare i pazienti con fibrosi cistica." + Esplora ulteriormente

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