Forskere har bestemt den tredimensionelle atomare struktur af et protein, der er vigtigt for organers funktion
Det såkaldte NKCC1-protein findes i hele menneskekroppen, hvor det har vigtige funktioner i organer, der håndterer væsketransport, og for kommunikation i nerveceller. Et dansk forskerhold har nu bestemt en tredimensionel atomar struktur af NKCC1-proteinet, som understøtter fremtidigt arbejde med at identificere nye forbindelser, der har indvirkning på funktionen af NKCC1. Sådanne forbindelser kan hjælpe ved for eksempel nyre- og hjernesygdomme.
NKCC1-proteinet er en såkaldt kloridtransporter, der kan transportere natrium, kalium og klorid ind i cellerne. Klorid indgår sammen med natrium og kalium bl.a. i nervesystemets centrale funktioner, hvor de bærer elektriske impulser gennem kroppen. I hjernen er NKCC1 og relaterede proteiner vigtige for dannelse af kloridgradienter, der er afgørende for de elektriske impulser i nerveceller. I nyrerne sikrer proteiner af NKCC1-typen, at disse ioner reabsorberes fra urinen, og generelt er NKCC1 vigtig for osmotisk regulering af cellevolumen.
Ved hjælp af kryo-elektronmikroskopi (cryo-EM) har et hold fra Poul Nissens laboratorium med kolleger fra Robert A. Fenton og Rune Hartmann laboratorier ved Aarhus Universitet (AU) og Kresten Lindorff-Larsens laboratorium ved Københavns Universitet (KU) fastlagt den tredimensionelle atomstruktur af NKCC1 (en såkaldt Na+- K+- 2 Cl– co-transporter) og undersøgte dens funktion.
Resultaterne fra studierne af den tredimensionelle atomare struktur og tillige af dynamik af NKCC1, herunder de bundne ioner, lipider og vandmolekyler samt iontransportundersøgelser i celler gav forskerne vigtig ny information om funktionen af NKCC1, som er drevet af natriumgradienten etableret af natrium-kalium pumpen.
De undersøgelser, som holdet nu offentliggør i en artikel i EMBO Journal afslører en overraskende mekanisme til frigivelse af ionerne inde i cellen, der begynder med en af de to bundne kloridioner, og først derefter natriumionen og til sidst den anden klorid og kaliumionen. Forskerne vil nu fortsætte med at forsøge at identificere nye forbindelser, der har indvirkning på disse mekanismer af NKCC1, og som kan hjælpe ved for eksempel nyre- og hjernesygdomme.
Projektet var meget udfordrende lige fra begyndelsen og blev startet for næsten 10 år siden som et samarbejde mellem forskere fra Poul Nissens og Robert A. Fentons laboratorier. Førsteforfatter og ph.d.-studerende Caroline Neumann (nu færdiguddannet) og kolleger fra Poul Nissens laboratorium startede et samarbejde med Rune Hartmans laboratorium (AU) for at etablere et avanceret ekspressionssystem til effektiv proteinproduktion, og med Robert A. Fentons laboratorium (Institut for Biomedicin, AU) til funktionelle undersøgelser af transportøren i pattedyrceller. Endelig blev der indledt et samarbejde med Kresten Lindorff-Larsens gruppe fra Københavns Universitet om computersimuleringer af NKCC1-dynamikken og ionfrigivelsen.
SUPPLERENDE OPLYSNINGER, HERUNDER KONTAKTOPLYSNINGER
Vi bestræber os på, at alle vores artikler lever op til Danske Universiteters principper for god forskningskommunikation. På den baggrund er artiklen suppleret med følgende oplysninger:
PUNKTER | INDHOLD OG FORMÅL |
Studietype | Eksperiment |
Ekstern finansiering | Dette arbejde er blevet støttet af Lundbeckfonden med et ph.d.-stipendium til Caroline Neumann og projektfinansiering gennem BRAINSTRUC Centret og et professorat (til Poul Nissen). Der er også modtaget støtte fra Novo Nordisk Fonden og Det Frie Forskningsråd (DFF). |
Interessekonflikt | Forskerne erklærer, at der ingen interessekonflikter er. |
Link til den videnskabelige artikel | Caroline Neumann, Lena Lindtoft Rosenbæk, Rasmus Kock Flygaard, Michael Habeck, Jesper Lykkegaard Karlsen, Yong Wang, Kresten Lindorff-Larsen, Hans Henrik Gad, Rune Hartmann, Joseph Lyons, Robert A. Fenton, Poul Nissen Cryo-EM structure of the human NKCC1 transporter reveals mechanisms of ion coupling and specificity EMBO Journal |
Kontakt- information | Postdoc Caroline Neumann – e-mail: caroline@mbg.au.dk Professor Poul Nissen - Email: pn@mbg.au.dk. Phone: +4528992295 |