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Nature:首次获得机械激活的离子通道Piezo1的三维结构

来源:本站原创 2017-12-28 20:08

2017年12月28日/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,来自美国斯克里普斯研究所(TSRI)的研究人员解决了Piezo1的结构之谜。Piezo1是将触摸或血液流动等物理刺激转化为化学信号的一个蛋白家族的成员。这一发现为靶向治疗Piezo1发生突变的疾病(如遗传性口腔细胞增多症和先天性淋巴水肿)指明道路。相关研究结果于2017年12月20日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Structure of the mechanically activated ion channel Piezo1”。论文通信作者为TSRI教授Ardem Patapoutian博士和Andrew Ward博士。
Piezo1的结构,图片来自Ward Lab。

Patapoutian说,“这种结构为理解蛋白如何感知机械力提供了基本理解,并将揭示Piezo1中的能够利用小分子或抗体加以靶向的区域。”

Piezo1及其存在密切同源关系的Piezo2蛋白是2010年在Patapoutian实验室发现的。Piezo(Piezo1和Piezo2)作为离子通道为人所知---作为对机械刺激(即触摸)作出的反应,它们让离子通过它们内部的一个孔。这些蛋白在不同的细胞类型中发现到,而且已经证实它们在感觉神经生物学和血管生理学中发挥着关键性的作用。

然而,直到现在,科学家们并不知道在结构水平上,Piezo1看起来像什么,即它的不同部分如何结合在一起。

通过采用高分辨率的低温电镜技术(cryoEM),这项新的研究表明Piezo1是由三个弯曲的“叶片(blade)”组成,这些叶片环绕着一个中心孔。这些研究人员认为这些叶片对机械力作出反应而发生移动,这会打开和关闭这个中心孔,从而让离子通过这个中心孔来发送信号,从而传达触摸。一种横梁状结构充当每个叶片的骨架。一个“锚定结构域”包围着这个中心孔,即这些叶片在中间相遇的地方。

Patapoutian说,“这个一个漂亮的结构。这项研究中鉴定出的这些特征给我们提供了解这种离子通道如何感知膜张力并作出反应的线索。”

Ward说,Piezo1的结构是独一无二的,这是因为它似乎是一种“一体化”的蛋白,这意味着它并不需要与其他的蛋白或细胞结构建立连接来传递信号。

这项研究的下一步是研究Piezo1的整体结构,并确定它的每个部分是如何发挥作用的。除了当前的这项研究中观察到这种蛋白处于关闭状态下的构象之外,科学家们希望研究这种蛋白质处于不同的构象下的结构。

论文第一作者、TSRI研究员Kei Saotome博士说,“这为我们提供了很好的机会来研究力量感知或转导实际上是如何发挥作用的。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Kei Saotome, Swetha E. Murthy, Jennifer M. Kefauver et al. Structure of the mechanically activated ion channel Piezo1. Nature, Published online: 20 December 2017, doi:10.1038/nature25453

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