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Structure-function analysis of the calcium channel TRPV5

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Definire il macchinario molecolare dei gateway cellulari dei reni

Il nostro organismo contiene miliardi di canali ionici, essenzialmente proteine dotate di un poro attraverso cui i principali segnali oltrepassano le membrane. Una nuova ricerca finanziata dall’UE ha recentemente decifrato la struttura del canale ionico TRPV5, aprendo la strada a una miglior comprensione delle malattie renali in particolare e a nuovi farmaci mirati.

Ricerca di base

Scoperto dal reparto di fisiologia della Radboud University nel 1999, TRPV5 (recettore-canale vanilloide che determina variazioni transitorie di potenziale) consente specificatamente il passaggio del calcio. Questo minerale, tra le altre funzioni, è di vitale importanza per la salute di ossa e denti, oltre che per prevenire l’osteoporosi. Ma non è stato compreso come funzioni esattamente questo canale del calcio. Come si presenta la macchina molecolare che assicura l’apertura e la chiusura del gate? «Il nostro obiettivo principale è stato fornire informazioni molecolari dettagliate su questo canale del calcio TRPV5», afferma Jenny van der Wijst, coordinatrice del progetto CRYO-EM TRPV5, ospitato dalla SKU – Radboud University Nijmegen.

Creare una mappa proteica 3D

«Fino a poco tempo fa, era difficile visualizzare la struttura atomica delle grandi proteine di membrana come TRPV5. Così ci siamo rivolti al microscopio crioelettronico, o cryo-EM in breve, una tecnica rivoluzionaria che si è aggiudicata il Premio Nobel nel 2017», spiega van der Wijst. Il progetto, con il sostegno dell’UE, ha utilizzato la proteina TRPV5 purificata proveniente da cellule di mammiferi e ricostituita in nanodischi lipidici, piccoli doppi strati lipidici simili a un disco, circondati da una proteina di impalcatura di membrana. Queste proteine sono state aggiunte in grandi quantità all’acqua, dove possono muoversi liberamente. Van der Wijst ha lavorato a stretto contatto con Yifan Cheng, dell’Università della California, la cui competenza in biologia strutturale collima con il background biofisico di van der Wijst nel funzionamento dei canali ionici. «Abbiamo congelato i campioni e, utilizzando questo microscopio all’avanguardia, abbiamo acquisito foto 2D delle proteine da ogni tipo di angolazione. Con l’utilizzo di un software specializzato nelle chimere per la visualizzazione interattiva e l’analisi di strutture molecolari, abbiamo realizzato un’immagine 3D di TRPV5 partendo dalle migliaia di immagini 2D», osserva van der Wijst, che ha ricevuto il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie.

Terapeutica all’orizzonte

«Abbiamo prodotto varie strutture ad alta risoluzione di TRPV5 che potrebbero migliorare la comprensione della fisiopatologia, in altri termini degli effetti della malattia sulla funzione corporea, di varie malattie umane», aggiunge la ricercatrice. Quest’analisi strutturale dettagliata potrebbe dimostrare in che modo una mutazione genetica comporta una compromissione funzionale: «Specificatamente per TRPV5, conosciamo diverse varianti genetiche legate ai calcoli renali». Le conoscenze acquisite dalle strutture ad alta risoluzione potrebbero infine supportare i programmi di sviluppo farmacologico, in quanto in grado di fornire informazioni sull’azione dei composti farmacologici. Van der Wijst aggiunge che i canali TRP sono associati a varie condizioni patologiche che si ripercuotono su reni e intestino. «Quindi è importante comprendere appieno in che modo le componenti molecolari, come sostanze e lipidi naturali o non naturali, influenzano i canali ionici». Il progetto si è concluso, ma non senza innescare nuove ricerche finanziate dal Consiglio olandese della ricerca. «Oltre ad ottenere un’idea chiara sulla struttura del canale ionico, ne abbiamo anche visualizzato il blocco attraverso una proteina associata chiamata calmodulina». «Il modo in cui essa controlli il flusso di calcio tramite TRPV5 rappresenta un mistero, ma possiamo vedere che chiude il gateway così come un tappo in una bottiglia di vino», conclude van der Wijst. Il passo successivo sarà fare piena luce su questo meccanismo di attivazione e disattivazione del canale TRPV5.

Parole chiave

CRYO-EM TRPV5, calcio, calmodulina, microscopio crioelettronico, canali ionici, rene, proteine di membrana, nanodischi, fisiopatologia, TRPV5

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