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Nature:首次解析出机械敏感性受体NOMPC的三维结构

来源:本站原创 2017-07-17 23:06



2017年7月17日/生物谷BIOON/---就感觉而言,没有什么比我们的触觉那样直接而又具体。因此,可能令人吃惊的是,在分子水平上,我们的触觉仍然在很大程度上是未知的。

我们的每种感觉依赖于将光线、声音和移动等信号转化为传送到大脑中的电脉冲的“受体”分子。科学家们对眼睛中的受体如何将光线转化为视力获得相当完整的认识,而且他们已绘制出鼻子和口腔中很多将化学信号转化为嗅觉和味觉的蛋白的结构图。

但是仍然神秘的是“机械敏感性受体(mechanoreceptors)”。这些机械敏感性受体感知细胞的移动从而产生我们的触觉和听觉,甚至获知我们的身体所在的位置和血流在静脉中的流动。

如今,在一项新的研究中,来自美国加州大学旧金山分校的研究人员非常详细地绘制一种被称作NOMPC的蛋白复合体的结构。NOMPC在果蝇、鱼和青蛙等动物中作为机械敏感性受体发挥作用。这种结构揭示出这种蛋白复合体依赖于四个微小的被称作锚蛋白重复序列区(ankyrin repeat domain)的分子弹簧(molecular spring)将它拴在细胞骨架上,并且对这种细胞骨架的移动作出反应。细胞骨架是允许细胞保持它的形状的结构纤维网络。相关研究结果发表在2017年7月6日的Nature期刊上,论文标题为“Electron cryo-microscopy structure of the mechanotransduction channel NOMPC”。

尽管NOMPC并没有在人类等哺乳动物中发现到,但是这种新的结构让科学家们更好地理解可能允许我们自己的感觉细胞感知触觉的微妙机制。

特别地,负责感知人听觉的离子通道通过察觉空气中的细微振动发挥作用,迄今为止一直未能开展详细研究。正如一些科学家们猜测的那样,如果一种结合到细胞膜上的受体负责感知我们的听觉,那么它很可能像NOMPC那样发挥作用。

能够详细地绘制出NOMPC的结构,这要得益于一种被称作单颗粒冷冻电镜技术(Single-particle cryo-electron microscopy)的技术近期取得的技术突破。加州大学旧金山分校生物化学与生物物理学教授David Agard博士和Yifan Cheng博士在显著改进这种技术的分辨率和它对位于细胞膜中的NOMPC等蛋白进行成像的能力上作出重大贡献。

利用这种技术,这些研究人员揭示出NOMPC受体是位于细胞膜中的4个相同的蛋白成束组成的,每个蛋白具有一个伸入到细胞中的分子弹簧。

加州大学旧金山分校生理学教授YuhNung Jan博士实验室长期以来就对NOMPC受体的功能感兴趣。Jan实验室之前的实验结果已表明这种受体并不对细胞膜的独自移动作出反应,但会对细胞骨架中发生较大的移动作出反应,从而导致NOMPC打开,在细胞膜中形成一个孔。带电粒子快速地穿过这个孔进入细胞中,从而产生电脉冲,将触觉信号传递到神经系统。

之前绘制的触觉受体在细胞膜中自由地浮动,仅当细胞表面上的特定区域改变形状时才作出反应。但是这些新的结构数据展示了NOMPC的分子弹簧如何可能将它栓到细胞骨架上,从而潜在地能够让这种受体感知细胞形状在远处发生的变化。

Jan实验室博士后研究员Peng Jin博士说,“这是首个进行过如此详细建模的结合到细胞膜上的受体。我们吃惊地观察到自然构建出它自己的微小的分子弹簧将这种受体栓到细胞骨架上。” (生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Peng Jin, David Bulkley, Yanmeng Guo et al. Electron cryo-microscopy structure of the mechanotransduction channel NOMPC. Nature, 06 July 2017, 547(7661):118–122, doi:10.1038/nature22981

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