Calcoli renali:solidi, graniglia simile a un sassolino che si forma quando una quantità eccessiva di alcuni minerali come il calcio è presente nelle urine, può colpire gli uomini, donne, e sempre più, figli, e la presenza e il dolore delle pietre affligge più del 12% della popolazione mondiale. Utilizzando la tecnica vincitrice del Premio Nobel 2017 della microscopia crioelettronica (cryo-EM) per catturare un'immagine ad alta risoluzione di una proteina del canale ionico, chiamato TRPV5, che rimuove il calcio dalle urine, ricercatori della Perelman School of Medicine dell'Università della Pennsylvania, Facoltà di Medicina della Rutgers University, e Temple University, trovato nuovi indizi su come si formano i calcoli renali.
Con le nuove informazioni ottenute dalla struttura molecolare di TRPV5, i ricercatori saranno ora in grado di utilizzare la bioinformatica per scoprire composti che interagiscono con TRPV5 per trattare e prevenire i calcoli renali nelle popolazioni a rischio. Il team ha pubblicato i suoi risultati in Comunicazioni sulla natura .
Guidati da Vera Moiseenkova-Bell, dottorato di ricerca, un professore associato di Farmacologia dei sistemi e Terapia traslazionale, il team ha catturato un'immagine della proteina del canale ionico TRPV5 sia allo stato aperto che chiuso. Tutte le cellule hanno canali nelle loro membrane esterne che consentono il flusso di piccoli ioni come il sodio, potassio, o calcio. Questo movimento bidirezionale aiuta in molti ruoli, ad esempio, innescando una risposta immunitaria, comunicazione tra le cellule cerebrali, e filtrando dal rene.
Quasi il 99% del calcio viene riassorbito dai tubuli renali, e TRPV5 è prodotto solo nelle cellule che rivestono i tubuli dove viene mantenuto il livello di calcio nelle urine. La maggior parte dei calcoli renali contiene calcio, e troppo calcio nelle urine predispone alla formazione di questi depositi dolorosi.
Cryo-EM utilizza un fascio di elettroni per scattare migliaia di istantanee di singole molecole proteiche congelate. Gli algoritmi quindi combinano le immagini multiple per affinare l'immagine complessiva di una struttura molecolare. Utilizzando queste immagini, Moiseenkova-Bell, che è anche direttore del Beckman Center for Cryo-Electron Microscopy di Penn, e il suo team ha rivelato la struttura del TRPV5 per rispondere a domande sul ruolo fisiologico della proteina nella malattia.
"Abbiamo potuto vedere, per la prima volta, come questa proteina si apre attivando i lipidi di membrana, " ha detto il co-primo autore Taylor Hughes, uno studente laureato nel laboratorio di Moiseenkova-Bell. "Molte proteine sono regolate in modo simile, quindi la nostra struttura pone le basi per comprendere questo processo in altri contesti".
La borsista post-dottorato e co-prima autrice Ruth Pumroy, dottorato di ricerca, aggiunge che il team ha anche scoperto la struttura di un canale chiuso in presenza di una proteina chiamata calmodulina, che tappa direttamente il poro del canale senza far muovere il poro. "Questo ha rivelato un meccanismo unico di inibizione del TRPV5 che potrebbe essere utile per trovare nuovi partner di legame e scoperta di farmaci, " disse Pumroy.
Rutgers coautore Tibor Rohacs e co-primo autore Aysenur Yazici, uno studente laureato nel suo laboratorio, previsioni verificate di come funziona il canale modificando i singoli amminoacidi nella struttura TRPV5 per vedere se il flusso di calcio attraverso il canale alterato sarebbe diverso. Quando gli amminoacidi a contatto con un lipide nella struttura TPRV5 sono stati alterati, TRPV5 non ha permesso al calcio di fluire nella cellula. Quando un altro amminoacido TPRV5 è stato modificato nel canale, l'effetto inibitorio della calmodulina è scomparso. I collaboratori di Temple hanno utilizzato sofisticati programmi per computer per convalidare ulteriormente i risultati.
