Блог

Jul 03, 2023

Са2+

Nature Communications, том 13, номер статьи: 2708 (2022) Цитировать эту статью 3019 Доступов 2 Цитирования 34 Подробности об альтернативных показателях Цистинурия — генетическое заболевание, характеризующееся чрезмерным выделением

Nature Communications, том 13, номер статьи: 2708 (2022) Цитировать эту статью

3019 Доступов

2 цитаты

34 Альтметрика

Подробности о метриках

Цистинурия — генетическое заболевание, характеризующееся избыточной экскрецией двухосновных аминокислот и цистина, вызывающее рецидивы камней в почках и почечную недостаточность. Мутации регуляторного гликопротеина rBAT и переносчика аминокислот b0,+AT, которые составляют систему b0,+, связаны с цистинурией типа I и нетипа I соответственно и демонстрируют различные фенотипы из-за дефектов транспортировки белка или каталитической инактивации. Здесь, используя электронную криомикроскопию и биохимию, мы обнаруживаем, что Ca2+ опосредует сборку системы b0,+ более высокого порядка. Ca2+ стабилизирует интерфейс между двумя молекулами rBAT, что приводит к супердимеризации b0,+AT–rBAT, что, в свою очередь, облегчает созревание N-гликанов и транспортировку белков. Мутант T216M по цистинурии и мутации Ca2+-сайта rBAT вызывают потерю сборок более высокого порядка, что приводит к захвату белка в ER и потере функции. Эти результаты обеспечивают молекулярную основу биогенеза системы b0,+ и цистинурии I типа и служат руководством для разработки новых терапевтических стратегий против нее. В более широком смысле, наши результаты показывают беспрецедентную связь между сборкой олигомеров-транспортеров и заболеваниями, связанными с торговлей белками.

Цистинурия – это наследственное заболевание, при котором дефектная реабсорбция аминокислот в почках приводит к чрезмерной экскреции цистина и двухосновных аминокислот в мочу1. Из-за плохой растворимости цистина у пациентов возникают рецидивирующие камни в почках, которые могут вырасти до нескольких сантиметров, вызывая острую боль и почечную недостаточность2. Таким образом, многие пациенты нуждаются в пожизненном уходе, а исследования показывают, что этим заболеванием страдает 1 из 7000 новорожденных1. Общие методы лечения включают диетическую терапию3, экстракорпоральную ударно-волновую литотрипсию, разбавление цистина4 и открытую хирургию, но до сих пор не было сделано никаких прорывов за пределами этих симптоматических мер из-за неполного понимания механизмов заболевания.

Цистинурия обусловлена ​​мутациями в системе b0,+, которая представляет собой Na+-независимый обменник цистин/двуосновные аминокислоты, локализованный в клетках щеточной каймы в почках и кишечнике. Система b0,+ состоит из двух субъединиц: однотрансмембранного гликопротеина rBAT5 (также известного как D2, NBAT и SLC3A1) и 12-трансмембранного переносчика b0,+AT6 (также известного как BAT1 и SLC7A9), которые принадлежат к гетеромерной Семейство транспортеров аминокислот (HAT)7. Недавнее исследование показало, что rBAT ассоциируется с другим членом SLC7, AGT1 (SLC7A13), который демонстрирует четкую локализацию в проксимальных канальцах по сравнению с b0,+AT8. Хотя недавнее выяснение структуры прототипного транспортера HAT, LAT1-CD98hc, показало, как две субъединицы образуют плотную гетеродимерную сборку9,10, низкая идентичность последовательностей rBAT и CD98hc (28% в выровненной области) и вставка всего ~100 остатков в петлях домена B и C-концевой области11 препятствовали детальному молекулярному пониманию b0,+AT–rBAT.

Клинические и биохимические исследования показали, что мутации двух субъединиц связаны с разными фенотипами, известными как цистинурия I типа для rBAT и нетипа I для b0,+AT1. В то время как большинство мутаций типа I вызывают сбои в работе системы b0,+12, мутации нетипа I отменяют саму транспортную активность13. Кроме того, хотя все охарактеризованные мутации типа I демонстрируют фенотип заболевания только у гомозигот, некоторые мутации, не относящиеся к типу I, могут вызывать заболевание даже у гетерозиготных людей14, и этот феномен в настоящее время не имеет четкого объяснения. Недавно крио-ЭМ структуры человеческого b0,+AT-rBAT в детергенте выявили его архитектуру и предположили механизм антипорта аминокислот и его дисфункций15,16. Однако эти структуры не объяснили, почему определенные мутации типа I вызывают дефекты транспортировки белков.

Для лучшего понимания молекулярных механизмов биогенеза системы b0,+ и цистинурии мы изучили строение и функцию системы b0,+ овец. С помощью электронной криомикроскопии (крио-ЭМ) мы определили структуру овечьего b0,+AT-rBAT в липидных нанодисках, которая обнажила супердимерный комплекс (b0,+AT-rBAT)2, встроенный в изогнутый липидный бислой. Мы идентифицируем Ca2+-связывающий сайт в эктодомене rBAT и демонстрируем, что этот сайт важен для сборки системы b0,+ более высокого порядка в ЭР, что, в свою очередь, облегчает ее созревание N-гликанов и транспортировку к плазматической мембране. Кроме того, мы обнаружили, что потеря сборки высшего порядка коррелирует с некоторыми мутациями типа I, раскрывая ранее неизвестную связь между олигомеризацией белка и заболеванием. Эти результаты проливают свет на молекулярные механизмы цистинурии I типа.