放大蛋白质以防止肾结石

研究人员已经应用诺贝尔奖获得的显微镜技术来揭示可能导致肾结石新治疗的离子通道结构。在最近发表在“自然结构与分子生物学”杂志上的一项研究中，研究人员揭示了这种蛋白质的原子级细节，这种细胞可以作为钙通过肾细胞膜的通道。

大约80%的肾结石由钙盐组成。他们通过非常痛苦，并且根据大小和位置可能需要手术去除。跨越肾细胞膜的离子通道有助于在尿液形成肾结石之前重新吸收尿液中的钙。这项新研究首次以封闭形式显示了基本肾钙通道的分子细节，称为TRPV5。该研究还揭示了抑制剂分子如何附着和封闭通道，使钙在尿液中滞留，从而形成肾结石。

“现在我们知道蛋白质在其抑制状态下的样子，可以制造药物，目的是调节TRPV5活性，并可能直接治疗肾结石，”第一作者Taylor Hughes说，他是Case Western药理学系的博士候选人预约大学医学院。

在这项新研究中，Hughes及其同事使用了一种名为冷冻电子显微镜的技术 - 它获得了2017年诺贝尔化学奖 - 以观察与其抑制剂分子益康唑相连的兔TRPV5。冷冻电子显微镜使研究人员能够放大并查看原子细节中的蛋白质结构。从新的有利位置，他们可以识别不同的蛋白质区域，包括穿过肾细胞膜的部分，以及像益康唑这样的分子的附着位点。

“当进行低温电子显微镜检查时，我们会在我们的冷冻蛋白质上拍摄电子，它可以让我们拍摄单个蛋白质分子。通过这些图片和先进的计算机软件，我们可以创建这些分子的3D模型。这些3D模型具有可能是如此精确，以至于我们可以真正看到构成蛋白质的原子，“休斯解释道。

3D模型帮助研究人员预测TRPV5首次如何打开和关闭。“为了理解蛋白质是如何运动的，我们需要多种结构来相互比较，”休斯说。“通过比较我们的抑制剂结合结构与先前发表的无抑制剂解决的TRPV6结构，我们能够得出关于作用机制的结论.TRPV5和TRPV6是蛋白质相同亚家族的一部分，在序列和结构上非常相似“。这项新研究建立在罗格斯新泽西医学院的Tibor Rohacs医学博士和西奈山伊坎医学院的Marta Filizola博士的计算基础上。

研究人员在12英尺高的冷冻电子显微镜下观察了TRPV5-益康唑复合物，该显微镜位于加州大学洛杉矶分校加利福尼亚纳米系统研究所的纳米机械电子成像中心。该研究的资深作者Vera Moiseenkova-Bell博士作为西部/中西部联盟的成员，可获得美国国立卫生研究院支持的高分辨率低温电子显微镜。该研究还汇集了凯斯西储大学，加州大学洛杉矶分校，罗格斯大学，西奈山伊坎医学院和辉瑞公司的其他研究人员。Moiseenkova-Bell是西奈山大学的学者，曾任凯斯西储大学医学院药理学副教授。

“该出版物是第一次解决TRPV5的结构。现在，六个TRPV亚家族成员中的四个的结构可以接近原子分辨率进行进一步的科学研究，”Hughes说。据研究人员称，未来的研究可能包括靶向治疗，以调节患有肾结石的人的蛋白质通道。