Onderzoekers van het Columbia University Medical Center (CUMC) hebben de eerste gedetailleerde snapshots verkregen van de structuur van een membraanporie die epitheelcellen in staat stelt calcium te absorberen. De bevindingen zouden de ontwikkeling van medicijnen kunnen versnellen om afwijkingen in de calciumopname te corrigeren, die in verband zijn gebracht met borstkanker, endometrium, prostaat, en dubbele punt.

De studie is vandaag gepubliceerd in de online editie van Natuur .

Hoewel het meeste calcium in het lichaam als mineraal in botten wordt opgeslagen, een zorgvuldig gecontroleerde hoeveelheid van dit chemische element wordt de cel in getransporteerd, in zijn ionische vorm, waar het een vitale rol speelt bij het besturen van cellulaire functies. Cellen reguleren de calciumopname via speciale poriën, of kanalen, die openen en sluiten als dat nodig is. TRPV6 is een eiwitkanaal dat zich in de membranen van epitheelcellen bevindt, die de wanden van de darm bekleden, en bijdragen aan de opname van calcium in de voeding. Afwijkingen in TRPV6-kanalen kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van kanker door de controle van celproliferatie en celdood te verstoren.

De onderzoekers gebruikten geavanceerde cryo-elektronenmicroscopie om TRPV6 in beeld te brengen. Cryo-elektronenmicroscopie - een beeldvormingstechniek die duizenden individuele afbeeldingen van bevroren moleculen combineert tot fijn gedetailleerde driedimensionale representaties - werd ontwikkeld door Joachim Frank, doctoraat, een structuurbioloog op de afdeling biochemie van het CUMC, die voor dit werk in oktober de Nobelprijs voor de Scheikunde ontving.

Door de kanaalstructuren te vergelijken, zowel in de open als in de gesloten toestand, de onderzoekers waren in staat om te bepalen dat het kerngedeelte van het kanaal - vier strak uitgelijnde spiraalvormige eiwitsegmenten - een subtiele draai maakt, waardoor TRPV6 kan worden geopend.

"We ontdekten dat het calciumkanaal zich opent als reactie op veranderingen in het middengedeelte van elke kernhelix, waardoor de eiwitsegmenten buigen en naar buiten draaien om een ​​opening te creëren die net breed genoeg is om een ​​calciumion door te laten, " zei studieleider Alexander I. Sobolevsky, doctoraat, universitair hoofddocent biochemie en moleculaire biofysica aan het CUMC. "Als iemand recht in het kanaal zou kunnen kijken, het zou lijken op de opening van de iris van een oog."

Het kanaal kan extreem snel schakelen tussen open en gesloten toestanden, nodig om de cel van calcium te voorzien.

"Onze bevindingen zullen ons helpen beter te begrijpen hoe veranderingen in TRPV6-kanalen bijdragen aan menselijke ziekten zoals kanker, en een sjabloon bieden voor het ontwerp van medicijnen die deze afwijkingen corrigeren, " zei dr. Sobolevsky.

De studie is getiteld, "Opening van het menselijke epitheliale calciumkanaal TRPV6."