健康：蛋白質的分子細節揭示了腎結石是如何形成的

【健康：蛋白質的分子細節揭示了腎結石是如何形成的】

導語：研究人員利用2017年諾貝爾獎得主的低溫電子顯微鏡技術，捕捉到一種名為TRPV5的離子通道蛋白的高解析度影像。TRPV5可以清除尿液中的鈣。

腎結石是一種固體顆粒狀的沙礫，當尿液中含有過多的鈣等礦物質時就會形成。腎結石會襲擊男人、女人，而且越來越多的兒童，結石的存在和疼痛折磨著全球12%以上的人口。使用2017年諾貝爾獎得主低溫電子顯微鏡技術(低溫電子顯微鏡)來捕獲離子通道蛋白的高解析度影像，稱為TRPV5,清除血液中的鈣尿，佩雷爾曼醫學院的研究人員在賓夕法尼亞大學、羅格斯大學醫學院和天普大學，發現了新的線索如何腎結石形成。

通過從TRPV5的分子結構中獲得的新資訊，研究人員現在能夠使用生物資訊學來發現與TRPV5相互作用的化合物，從而在高危人群中治療和預防腎結石。研究小組在《自然通訊》雜誌上發表了他們的發現。由Vera Moiseenkova-Bell博士長官的研究小組在開放和封閉狀態下捕獲了TRPV5離子通道蛋白的影像。所有細胞的外膜都有通道，允許鈉、鉀或鈣等小離子的流動。這種雙向運動在很多方面都有幫助，例如，觸發免疫反應、腦細胞之間的交流和腎臟的過濾。

近99%的鈣被腎小管重新吸收，而TRPV5僅在尿中維持鈣水準的小管中產生。大多數腎結石都含有鈣，而尿液中過多的鈣會使人容易形成這些疼痛的沉澱物。Cryo-EM利用電子束對單個冷凍蛋白分子進行數千次快照拍攝。然後，演算法結合多個影像來銳化分子結構的整體影像。通過這些影像，賓夕法尼亞貝克曼冷凍電子顯微鏡中心主任Moiseenkova-Bell和她的團隊揭示了TRPV5結構，以回答有關蛋白質在疾病中的生理作用的問題。

「我們第一次看到了這種蛋白質是如何通過激活膜脂來打開的，」共同第一作者Taylor Hughes說，他是Moiseenkova-Bell實驗室的研究生。「許多蛋白質的調節方式類似，所以我們的結構為理解這一過程奠定了基礎。」博士後研究員、共同第一作者Ruth Pumroy博士補充說，研究小組還發現，在存在一種叫calmodulin的蛋白質的情況下，一個封閉通道的結構可以直接堵塞通道的孔隙，而不會引起孔隙移動。「這揭示了TRPV5抑製的一種獨特機制，這可能對發現新的結合夥伴和藥物發現有用，」Pumroy說。

總結：羅格斯大學的共同作者Tibor Rohacs和他實驗室的研究生Aysenur Yazici，通過改變TRPV5結構中的單個氨基酸來驗證鈣通道如何工作的預測，以觀察鈣通過改變通道的流動是否會不同。當與TPRV5結構中的脂質接觸的氨基酸發生改變時，TRPV5不允許鈣流入細胞。當另一個TPRV5氨基酸在通道中改變時，鈣調蛋白的抑製作用消失。坦普爾大學的合作者使用複雜的電腦程式進一步證實了這一發現。