Uromodulin: Relationship of protein oligomeric forms and functions
Authors: Верлов Н.А. , Ланда С.Б. , Егоров В.В. , Эмануэль Ю.В. , Эмануэль В.Л. 
Published: August 2021

Введение. Уромодулин является основным белком присутствующим в моче в норме, его физиологическая роль очень разнообразна. Оценка его вклада в стабилизацию коллоида мочи в норме и при различных патологических состояниях требует детального исследования олигомерных форм, присутствующих в моче, их структуры и функций. Цель работы - изучение структурных особенностей олигомерных форм белка уромодулина в моче здоровых добровольцев и пациентов с подтверждённым уролитиазом и выявление связи структуры белка и его роли в стабилизации коллоида мочи. Методика. Методом динамического рассеяния света, анализом треков наночастиц и измерением дзета-потенциала изучены биофизические свойства изоформ уромодулина (UM), присутствующего в нативной моче в виде олигомерных форм, из которых можно выделить 2 основные: UM(7) - глобулярная молекула массой 7MDa, характеризуется гидродинамическим радиусом Rh=90-100 нм и отрицательным поверхностным зарядом величиной 25 - 30 мВ; UM(28) - массой 28MDa обладает палочкоподобной структурой с гидродинамическим радиусом Rh=200-300 нм и существенно меньшим по величине поверхностным зарядом 0 - -7 мВ. Результаты. В норме в моче UM(7) является доминантной формой, при этом вклад UM(28) либо отсутствует, либо незначителен. При уролитиазе доля UM(7) радикально уменьшается и вклад UM(28) становится основным. В модельных экспериментах показаны различия этих переходов в моче здоровых лиц и пациентов с уролитиазом в зависимости от величины pH и концентрации одновалентных катионов: натрия, калия и аммония. Заключение. На основании полученных данных существенно расширено представление о саногенетической системе коллоидного гомеостаза мочеобразования и патогенезе кристаллогенеза. Аппроксимация выдвинутой концепции развития патологического кристаллогенеза в клиническую практику расширяют информативность превентивной диагностики уролитиаза.

Introduction. Uromodulin is the major protein, which is normally present in urine and plays multiple physiological roles. Evaluation of the uromodulin contribution to stabilization of urinary colloids in normal and various pathological conditions requires a comprehensive study of uromodulin oligomeric forms occurring in urine, their structure and functions. The aim of this work was studying structural features of uromodulin oligomeric forms in the urine of healthy volunteers and patients with confirmed urolithiasis and identifying a relationship between the protein structure and role in stabilization of urinary colloids. Methods. Dynamic light scattering (DLS), nanoparticle tracking analysis (NTA), and measurement of zeta potential were used to study biophysical properties of uromodulin (UM) isoforms. UM is present in native urine as oligomeric forms, including two major ones: i) UM (7), a 7MDa globular molecule characterized by a hydrodynamic radius Rh = 90-100 nm and a negative surface charge of 25-30 mV and ii) UM (28), a rod-like 28MDa molecule with a hydrodynamic radius of Rh=200-300 nm and a significantly lower surface charge of 0 --7 mV. Results. Normally, UM (7) is a dominant form in urine whereas the UM (28) contribution is either non-existent or minor. In urolithiasis, the proportion of UM (7) decreases drastically, and the contribution of UM (28) becomes primary. Model experiments showed differences between these transitions in the urine of healthy individuals and patients with urolithiasis depending on pH values and concentrations of monovalent cations, including sodium, potassium, and ammonium. Conclusion. The study results considerably expanded the concept of the sanogenetic system of colloidal homeostasis in urine formation and the pathogenesis of crystallogenesis. Approximating the proposed concept of pathological crystallogenesis in clinical practice expands the informative value of preventive diagnosis of urolithiasis.