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Jul 03, 2023

Ca2+

Nature Communications volume 13, numero articolo: 2708 (2022) Cita questo articolo 3019 Accessi 2 Citazioni 34 Dettagli metriche altmetriche La cistinuria è una malattia genetica caratterizzata da sovraescrezione di

Nature Communications volume 13, numero articolo: 2708 (2022) Citare questo articolo

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La cistinuria è una malattia genetica caratterizzata da un'eccessiva escrezione di aminoacidi dibasici e cistina, che causa calcoli renali ricorrenti e insufficienza renale. Le mutazioni della glicoproteina regolatrice rBAT e del trasportatore di aminoacidi b0,+AT, che costituiscono il sistema b0,+, sono collegate rispettivamente alla cistinuria di tipo I e non di tipo I e mostrano fenotipi distinti dovuti a difetti del traffico di proteine ​​o all'inattivazione catalitica. Qui, utilizzando la criomicroscopia elettronica e la biochimica, scopriamo che Ca2+ media l'assemblaggio di ordine superiore del sistema b0,+. Ca2+ stabilizza l'interfaccia tra due molecole di rBAT, portando alla super-dimerizzazione di b0,+AT–rBAT, che a sua volta facilita la maturazione degli N-glicani e il traffico di proteine. Un mutante di cistinuria T216M e mutazioni del sito Ca2+ di rBAT causano la perdita di assemblaggi di ordine superiore, con conseguente intrappolamento delle proteine ​​nel pronto soccorso e perdita di funzione. Questi risultati forniscono le basi molecolari della biogenesi del sistema b0,+ e della cistinuria di tipo I e servono come guida per sviluppare nuove strategie terapeutiche contro di essa. Più in generale, i nostri risultati rivelano un legame senza precedenti tra l’assemblaggio oligomerico dei trasportatori e le malattie legate al traffico di proteine.

La cistinuria è una malattia ereditaria in cui il difettoso riassorbimento degli aminoacidi nel rene provoca un'eccessiva escrezione di cistina e di aminoacidi dibasici nelle urine1. A causa della scarsa solubilità della cistina, i pazienti soffrono di calcoli renali ricorrenti, che possono raggiungere diversi centimetri, causando dolore acuto e insufficienza renale2. Molti pazienti necessitano quindi di cure per tutta la vita e gli studi stimano che 1 neonato su 7.000 sia affetto dalla malattia1. I trattamenti comuni comprendono la terapia dietetica3, la litotrissia extracorporea con onde d'urto, la gestione della diluizione della cistina4 e la chirurgia a cielo aperto, ma finora non è stato fatto alcun passo avanti oltre a queste misure sintomatiche a causa di una comprensione incompleta dei meccanismi della malattia.

La cistinuria è causata da mutazioni nel sistema b0,+, che è uno scambiatore di cistina/amminoacidi dibasici Na+-indipendente localizzato nelle cellule dell'orletto a spazzola nel rene e nell'intestino. Il sistema b0,+ è composto da due subunità, una glicoproteina a singola transmembrana rBAT5 (nota anche come D2, NBAT e SLC3A1) e un trasportatore a 12 transmembrane b0,+AT6 (noto anche come BAT1 e SLC7A9), che appartengono alla catena eteromerica famiglia dei trasportatori di amminoacidi (HAT)7. Uno studio recente ha rivelato che rBAT si associa ad un altro membro SLC7, AGT1 (SLC7A13), che mostra una localizzazione tubulare prossimale distinta rispetto a b0,+AT8. Sebbene la recente delucidazione strutturale del prototipo del trasportatore HAT, LAT1–CD98hc, abbia mostrato come due subunità formino un insieme eterodimerico stretto9,10, l'identità di sequenza bassa di rBAT in CD98hc (28% nella regione allineata) e l'inserimento di un totale di ~100 residui nei loop del dominio B e nella regione C-terminale11 hanno precluso una comprensione molecolare dettagliata di b0,+AT–rBAT.

Studi clinici e biochimici hanno dimostrato che le mutazioni delle due subunità sono legate a diversi fenotipi, noti come cistinuria di tipo I per rBAT e non di tipo I per b0,+AT1. Mentre la maggior parte delle mutazioni di tipo I causano il malfunzionamento del sistema b0,+12, le mutazioni non di tipo I aboliscono l'attività di trasporto stessa13. Inoltre, mentre tutte le mutazioni di tipo I caratterizzate mostrano il fenotipo della malattia solo negli omozigoti, alcune mutazioni non di tipo I possono scatenare la malattia anche negli individui eterozigoti14, un fenomeno che attualmente non ha una spiegazione chiara. Recentemente, le strutture crio-EM della b0,+AT–rBAT umana nel detergente hanno rivelato la sua architettura e suggerito un meccanismo di antiporto di aminoacidi e le sue disfunzioni15,16. Tuttavia, queste strutture non spiegano perché alcune mutazioni di tipo I causino difetti nel traffico di proteine.

Per comprendere meglio i meccanismi molecolari della biogenesi e della cistinuria del sistema b0,+, studiamo la struttura e la funzione del sistema b0,+ ovino. Determiniamo la struttura della criomicroscopia elettronica (crio-EM) di b0,+AT–rBAT ovino in nanodischi lipidici, che svela il complesso super-dimerico (b0,+AT–rBAT)2 incorporato in un doppio strato lipidico curvo. Identifichiamo un sito di legame del Ca2+ nell'ectodominio rBAT e dimostriamo che questo sito è essenziale per l'assemblaggio di ordine superiore del sistema b0,+ nell'ER, che a sua volta facilita la maturazione e il traffico di N-glicani verso la membrana plasmatica. Inoltre, scopriamo che la perdita dell'assemblaggio di ordine superiore è correlata con alcune mutazioni di tipo I, rivelando un legame precedentemente sconosciuto tra l'oligomerizzazione delle proteine ​​e la malattia. Questi risultati fanno luce sui meccanismi molecolari della cistinuria di tipo I.