Биомедицинские исследователи из Колумбийского университета запечатлели крупным планом TRPV3, ионный канал клеток кожи, который играет важную роль в восприятии температуры, зуда и боли.
У людей дефекты белка могут привести к кожным заболеваниям, таким как атопический дерматит (разновидность экземы), витилиго (неравномерная окраска кожи), рак кожи и розацеа.
ДНК всех позвоночных, включая геном шерстистого мамонта, содержит ген TRPV3. Хотя мамонты жили в очень холодных условиях, они произошли от слонов, живших в тропиках. Исследователи считают, что изменения в генах TRPV3 мамонтов могли помочь им выдерживать более низкие температуры.
Лаборатория Александра Соболевского в Медицинском центре Ирвинга Колумбийского университета использовала мощный метод визуализации, называемый криоэлектронной микроскопией, для получения изображений молекул TRPV3. Первоначальные 2D-изображения были получены путем замораживания молекул в очень тонком прозрачном слое льда и бомбардировки их электронами. Затем исследователи использовали вычислительные инструменты для преобразования 2D-изображений в подробные молекулярные 3D-модели.
Изображение TRPV3 человека в закрытом и открытом состояниях при взгляде снаружи клетки. Выделено местонахождение региона (N647), мутировавшего у мамонтов. Изображения: Александр Соболевский / CUIMC
Это первый раз, когда ученые получили представление о TRPV3 в атомных деталях. Исследователи смогли получить изображения белка в двух состояниях, показав, как канал открывается и закрывается, позволяя ионам течь в клетки кожи.
Этот обмен ионами побуждает организм реагировать на такие ощущения, как боль, зуд и изменение температуры. Группа также обнаружила, как небольшая молекула с противораковыми свойствами, называемая 2-APB, взаимодействует с этим каналом и контролирует его функцию.
Структуры в этом исследовании дают представление о том, как мутации в TRPV3 влияют на способность канала ощущать температуру, и показывают, что липиды - молекулы, составляющие большую часть клеточной мембраны - контактируют с каналом в нескольких областях. TRPV3 мамонта содержит мутацию в одной из этих областей, соприкасающихся с липидами.
«Температура влияет на взаимодействие липидов и белков», - говорит Соболевский. «Мутация в канале шерстистого мамонта, скорее всего, повлияла бы на это взаимодействие и могла бы объяснить, как эти животные адаптировались к своей холодной среде».
Исследователи будут использовать эту структуру, чтобы выяснить, как атомные изменения в белке вызывают его сбои при заболеваниях человека.«Это исследование дает ученым шаблон, который они могут использовать для разработки более эффективных лекарств для лечения этих кожных заболеваний», - сказал Аппу Сингх, доктор медицинских наук, научный сотрудник лаборатории Соболевского и первый автор статьи..
Александр Соболевский, доктор медицинских наук, адъюнкт-профессор биохимии и молекулярной биофизики Колледжа врачей и хирургов Вагелос Колумбийского университета.