Onderzoekers hebben Nobelprijswinnende microscooptechnologie toegepast om een ​​ionkanaalstructuur te ontdekken die zou kunnen leiden tot nieuwe behandelingen voor nierstenen. In een recente studie gepubliceerd in Natuur Structurele en moleculaire biologie , onderzoekers onthulden details op atomair niveau van het eiwit dat dient als een doorgang voor calcium door niercelmembranen.

Ongeveer 80 procent van de nierstenen bestaat uit calciumzouten. Ze zijn buitengewoon pijnlijk om te passeren, en afhankelijk van de grootte en locatie kan een operatie nodig zijn om te verwijderen. Ionenkanalen die niercelmembranen overspannen, helpen calcium uit de urine te reabsorberen voordat het nierstenen kan vormen. De nieuwe studie is de eerste die moleculaire details van het essentiële niercalciumkanaal laat zien, genaamd TRPV5, in zijn gesloten vorm. De studie onthult ook hoe remmermoleculen zich hechten aan en het kanaal sluiten, waardoor calcium in de urine achterblijft waar het nierstenen kan vormen.

"Nu we weten hoe het eiwit eruitziet in zijn geremde staat, geneesmiddelen kunnen worden gemaakt met de bedoeling de TRPV5-activiteit te moduleren en mogelijk nierstenen direct te behandelen, " zei eerste auteur Taylor Hughes, Promovendus bij de afdeling Farmacologie van Case Western Reserve University School of Medicine.

In de nieuwe studie Hughes en collega's gebruikten een techniek genaamd cryo-elektronenmicroscopie - die in 2017 de Nobelprijs voor scheikunde won - om konijn TRPV5 te zien gehecht aan zijn remmermolecuul, econazol. Cryo-elektronenmicroscopie stelde de onderzoekers in staat om in te zoomen en eiwitstructuren in atomaire details te zien. Vanuit het nieuwe gezichtspunt konden ze verschillende eiwitregio's identificeren, inclusief het gedeelte dat de niercelmembranen passeert, en aanhechtingsplaatsen voor moleculen zoals econazol.

"Bij het uitvoeren van cryo-elektronenmicroscopie, we schieten elektronen op ons bevroren eiwit en het stelt ons in staat om foto's te maken van individuele eiwitmoleculen. Met deze foto's en geavanceerde computersoftware zijn we in staat om 3D-modellen van deze moleculen te maken. Deze 3D-modellen hebben het potentieel om zo nauwkeurig te zijn dat we de atomen kunnen zien waaruit het eiwit bestaat, ’ legde Hughes uit.

De 3D-modellen hielpen de onderzoekers te voorspellen hoe TRPV5 voor het eerst opent en sluit. "Om te begrijpen hoe een eiwit beweegt, hebben we meerdere structuren nodig om met elkaar te vergelijken, " Hughes zei. "We waren in staat om conclusies te trekken over de werkingsmechanismen door onze remmer-gebonden structuur te vergelijken met een eerder gepubliceerde TRPV6-structuur die is opgelost zonder een remmer. TRPV5 en TRPV6 maken deel uit van dezelfde subfamilie van eiwitten en lijken qua sequentie en structuur erg op elkaar." Het nieuwe onderzoek bouwt voort op experimenten uitgevoerd door Tibor Rohacs, MD, doctoraat, aan de Rutgers New Jersey Medical School en berekeningen door Marta Filizola, PhD aan de Icahn School of Medicine op de berg Sinaï.

De onderzoekers bekeken TRPV5-econazol-complexen onder de 12-voet hoge cryo-elektronenmicroscoop die is gehuisvest in het Electron Imaging Center for NanoMachines in het California NanoSystems Institute aan de University of California Los Angeles. Vera Moiseenkova Bell, doctoraat, senior auteur van de studie, heeft toegang tot deze faciliteit als lid van het West/Midwest-consortium voor cryo-elektronenmicroscopie met hoge resolutie, ondersteund door de National Institutes of Health. De studie bracht ook andere onderzoekers van Case Western Reserve University samen, Universiteit van Californië, Los Angeles, Rutgers Universiteit, Icahn School of Medicine op de berg Sinaï, en Pfizer. Moiseenkova-Bell is een Mount Sinai Scholar en voormalig universitair hoofddocent farmacologie aan de Case Western Reserve University School of Medicine.

"Deze publicatie is de eerste keer dat de structuur van TRPV5 is opgelost. Nu, structuren voor vier van de zes leden van de TRPV-subfamilie zijn beschikbaar met een bijna-atomaire resolutie voor verder wetenschappelijk onderzoek, " zei Hughes. Volgens de onderzoekers, toekomstige studies kunnen gerichte therapieën omvatten om de eiwitkanalen te moduleren bij mensen die lijden aan nierstenen.