Новое исследование объясняет механизмы транспорта солей и может помочь в лечении муковисцидоза

Исследование «Структура и функция мутантов H⁺/K⁺-насоса раскрывают механизмы Na⁺/K⁺-насоса» было опубликовано в сентябре в журнале Nature Communications.

Роль насосов в организме

• В каждой клетке человека Na⁺/K⁺-насос переносит два иона калия (K⁺) внутрь клетки и выводит три иона натрия (Na⁺). Эти градиенты концентраций необходимы для электрической сигнализации в мозге, сердце и мышцах, а также для регуляции внутриклеточных концентраций кальция и протонов.
• H⁺/K⁺-насосы (желудочный и внежелудочный) транспортируют один протон (H⁺) из клетки в обмен на один ион калия (K⁺). Внежелудочный H⁺/K⁺-насос участвует в подкислении дыхательных путей, что важно в патологии муковисцидоза.

Суть исследования

Белки H⁺/K⁺- и Na⁺/K⁺-насосов примерно на 70% идентичны. Учёные выяснили, какие структурные особенности определяют их разную ионную селективность и стехиометрию переноса.

Ключевое открытие

Одновременная замена аминокислотных остатков в четырёх позициях внежелудочного H⁺/K⁺-насоса на те, что присутствуют в Na⁺/K⁺-насосе, превращает белок, транспортирующий 1H⁺/1K^{+, в белок, транспортирующий 3Na}+^/2K+^.

«Насколько нам известно, это первая демонстрация превращения белка, эксклюзивно транспортирующего H⁺, в белок, эксклюзивно транспортирующий Na⁺», — пояснил Пабло Артигас.

Перспективы для медицины

1. Определена структура внежелудочного H⁺/K⁺-насоса. Она может быть использована для разработки специфических ингибиторов этого насоса.
2. Известно, что ингибирование внежелудочного H⁺/K⁺-насоса предотвращает инфекции дыхательных путей в животной модели муковисцидоза. Следовательно, такие ингибиторы могут стать основой для эффективного лечения пациентов с муковисцидозом.

Дальнейшие планы

Исследователи пытаются провести обратную конверсию — превратить Na⁺/K⁺-насос в H⁺/K⁺-насос, а также преобразовать желудочный H⁺/K⁺-насос, чтобы полностью понять механизм селективности.