$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Wapń bierze udział w większości procesów komórkowych, w tym w kaskadach sygnałowych, kontroli transkrypcji, uwalnianiu neuroprzekaźników i syntezie cząsteczek hormonów1,2,3. Homeostatyczne utrzymanie wolnego wapnia cytozolowego ma kluczowe znaczenie dla zdrowia i funkcjonowania komórek. Jednym z głównych mechanizmów wewnątrzkomórkowej homeostazy wapnia jest wejście wapnia w magazynie (SOCE), proces, w którym wyczerpanie wapnia zmagazynowanego w retikulum endoplazmatycznym (ER) wyzwala otwarcie kanałów jonowych na błonie plazmatycznej, aby ułatwić uzupełnienie wapnia ER, który może być następnie wykorzystany w dalszej sygnalizacji4,5,6. Przejściowe kanały potencjału receptora (TRPC), które są przepuszczalnymi dla wapnia kanałami należącymi do nadrodziny TRP, zostały zidentyfikowane jako główny uczestnik SOCE7,8,9 .
Wśród siedmiu członków rodziny TRPC, TRPC3, TRPC6 i TRPC7 tworzą podgrupę homologów i są unikalne pod względem zdolności do aktywacji przez wtórny przekaźnik lipidowy diacyloglicerol (DAG), produkt degradacji sygnalizacyjnego lipidu fosfatydyloinozytolu 4,5-bisfosforanu (PIP2)10,11. TRPC3 ulega silnej ekspresji w mięśniach gładkich oraz w obszarach mózgowych i móżdżku mózgu, gdzie odgrywa istotną rolę w sygnalizacji wapniowej, która wpływa na neuroprzekaźnictwo i neurogenezę12,13. Dysfunkcja TRPC3 została powiązana z zaburzeniami ośrodkowego układu nerwowego, zaburzeniami sercowo-naczyniowymi i niektórymi nowotworami, takimi jak gruczolakorak jajnika14,15,16. W związku z tym TRPC3 jest obiecującym celem farmaceutycznym w leczeniu tych chorób. Rozwój specyficznie ukierunkowanych leków działających na TRPC3 był ograniczony przez brak zrozumienia mechanizmów aktywacji molekularnej TRPC3, w tym miejsc wiązania lipidów17,18. Opisaliśmy pierwszą strukturę o rozdzielczości atomowej ludzkiego kanału TRPC3 (hTRPC3) i jego dwóch miejsc wiązania lipidów w stanie zamkniętym, dostarczając ważnych informacji na temat tych mechanizmów19.
Kluczowym czynnikiem dla określenia struktury białka błonowego w wysokiej rozdzielczości jest uzyskanie białka o wysokiej jakości. Odpowiednie badania przesiewowe warunków ekspresji i oczyszczania niezbędnych do uzyskania wysokiej jakości białka mogą być czasochłonnym i kosztownym przedsięwzięciem. W tym miejscu przedstawiamy protokół opisujący szczegółowo, w jaki sposób identyfikujemy optymalne warunki do ekspresji i oczyszczania hTRPC3, który zachowywał się źle w naszym wstępnym badaniu przesiewowym. Przedstawiamy kilka kluczowych punktów dotyczących rozwiązywania problemów i optymalizacji zachowania białek, które stanowią solidną podstawę dla naszych badań nad mikroskopią krioelektronową (cryo-EM). Używamy zmodyfikowanego wektora generującego bakulowirusa (pEG), opracowanego przez Gouaux i współpracowników, który jest zoptymalizowany pod kątem testów przesiewowych i wydajnego generowania bakulowirusa w komórkach ssaków20. Ta metoda ekspresji jest odpowiednia do szybkiej i opłacalnej nadekspresji białek w błonie komórkowej ssaków. Łączymy użycie tego wektora z metodą wstępnego przesiewowego wykrywania fluorescencji opartą na chromatografii z wykluczeniem wielkości (FSEC)21. Metoda ta wykorzystuje znacznik białka zielonej fluorescencji (GFP) połączony z konstruktem będącym przedmiotem zainteresowania i poprawia wizualizację białka docelowego w małych, rozpuszczonych próbkach całokomórkowych. Pozwala to na badanie przesiewowe stabilności białek w obecności różnych detergentów i dodatków, z mutacjami termostabilizującymi, a także pozwala na wykorzystanie niewielkiej liczby komórek z transfekcji przejściowej na małą skalę. W ten sposób można szybko przebadać wiele warunków przed przejściem do oczyszczania białek na dużą skalę. Po ekspresji, badaniach przesiewowych i oczyszczeniu przedstawiamy protokół uzyskiwania i przetwarzania obrazów z cryo-EM w celu wygenerowania de novo określenia strukturalnego białka. Wierzymy, że opisane tutaj podejścia posłużą jako uogólniony protokół do badań strukturalnych receptorów kanałów TRP i innych białek błonowych.