Les chercheurs ont appliqué la technologie de microscope lauréate du prix Nobel pour découvrir une structure de canal ionique qui pourrait conduire à de nouveaux traitements pour les calculs rénaux. Dans une étude récente publiée dans Nature Biologie structurale et moléculaire , les chercheurs ont révélé des détails au niveau atomique de la protéine qui sert de passage pour le calcium à travers les membranes des cellules rénales.

Environ 80 pour cent des calculs rénaux sont constitués de sels de calcium. Ils sont extrêmement douloureux à passer, et selon la taille et l'emplacement peut nécessiter une intervention chirurgicale pour enlever. Les canaux ioniques qui traversent les membranes des cellules rénales aident à réabsorber le calcium de l'urine avant qu'il ne puisse former des calculs rénaux. La nouvelle étude est la première à montrer les détails moléculaires du canal calcique essentiel du rein, appelé TRPV5, sous sa forme fermée. L'étude révèle également comment les molécules inhibitrices s'attachent et ferment le canal, laissant le calcium bloqué dans l'urine où il peut former des calculs rénaux.

"Maintenant que nous savons à quoi ressemble la protéine dans son état inhibé, les médicaments peuvent être fabriqués dans le but de moduler l'activité du TRPV5 et potentiellement de traiter directement les calculs rénaux, " a déclaré le premier auteur Taylor Hughes, Candidat au doctorat au Département de pharmacologie de la Case Western Reserve University School of Medicine.

Dans la nouvelle étude, Hughes et ses collègues ont utilisé une technique appelée cryomicroscopie électronique - qui a remporté le prix Nobel de chimie 2017 - pour voir le lapin TRPV5 attaché à sa molécule inhibitrice, éconazole. La microscopie cryoélectronique a permis aux chercheurs de zoomer et de voir les structures des protéines dans les détails atomiques. Du nouveau point de vue, ils ont pu identifier différentes régions protéiques, y compris la partie qui traverse les membranes des cellules rénales, et des sites de fixation pour des molécules comme l'éconazole.

"Lors de la cryomicroscopie électronique, nous projetons des électrons sur notre protéine congelée et cela nous permet de prendre des photos de molécules de protéines individuelles. Avec ces images et un logiciel informatique avancé, nous sommes en mesure de créer des modèles 3D de ces molécules. Ces modèles 3D ont le potentiel d'être si précis que nous pouvons réellement voir les atomes qui composent la protéine, " expliqua Hughes.

Les modèles 3D ont aidé les chercheurs à prédire comment TRPV5 s'ouvre et se ferme pour la première fois. "Pour comprendre comment une protéine se déplace, nous avons besoin de plusieurs structures à comparer les unes aux autres, " a déclaré Hughes. "Nous avons pu tirer des conclusions sur les mécanismes d'action en comparant notre structure liée à un inhibiteur à une structure TRPV6 précédemment publiée résolue sans inhibiteur. TRPV5 et TRPV6 font partie de la même sous-famille de protéines et sont très similaires en séquence ainsi qu'en structure. » La nouvelle recherche s'appuie sur les expériences réalisées par Tibor Rohacs, MARYLAND, Doctorat, à la Rutgers New Jersey Medical School et calculs de Marta Filizola, Doctorat à l'école de médecine Icahn du mont Sinaï.

Les chercheurs ont observé des complexes TRPV5-éconazole sous le microscope cryoélectronique de 12 pieds de haut logé au Electron Imaging Center for NanoMachines du California NanoSystems Institute de l'Université de Californie à Los Angeles. Vera Moiseenkova-Bell, Doctorat, auteur principal de l'étude, a accès à cette installation en tant que membre du consortium West/Midwest pour la microscopie cryoélectronique à haute résolution soutenu par les National Institutes of Health. L'étude a également réuni d'autres chercheurs de la Case Western Reserve University, Université de Californie à Los Angeles, Université Rutgers, École de médecine Icahn au mont Sinaï, et Pfizer. Moiseenkova-Bell est boursière du Mont Sinaï et ancienne professeure agrégée de pharmacologie à la faculté de médecine de l'Université Case Western Reserve.

"Cette publication est la première fois que la structure de TRPV5 est résolue. Maintenant, les structures de quatre des six membres de la sous-famille TRPV sont disponibles à une résolution quasi atomique pour une enquête scientifique plus approfondie, " a déclaré Hughes. Selon les chercheurs, les futures études pourraient inclure des thérapies ciblées pour moduler les canaux protéiques chez les personnes souffrant de calculs rénaux.