斯克里普斯研究中心的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一種稱為OSCA和TMEM63的神秘細(xì)胞蛋白家族是一類新的機(jī)械敏感離子通道。機(jī)械敏感離子通道將生物相關(guān)的物理力轉(zhuǎn)換為生化信號。例如，植物對風(fēng)，水流或物理屏障等環(huán)境線索的響應(yīng)取決于機(jī)械感應(yīng)。在哺乳動物中，通過機(jī)械敏感離子通道進(jìn)行觸覺，疼痛感和血壓調(diào)節(jié)。盡管它們很重要，但對于在植物和動物中發(fā)揮這些功能的分子知之甚少。

科學(xué)家們還破譯了OSCA蛋白家族中一個成員的原子結(jié)構(gòu)，這一進(jìn)展將使他們能夠研究這些離子通道如何完成他們的工作，這些信息對于確定機(jī)械傳感中的功能障礙如何在疾病中發(fā)揮作用至關(guān)重要。

最初發(fā)現(xiàn)OSCA蛋白作用的工作由Swetha Murthy博士領(lǐng)導(dǎo)，他是Ardem Patapoutian實(shí)驗(yàn)室的專業(yè)科學(xué)合作者，博士，斯克里普斯研究教授和霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的研究員。在她的新eLife研究中，Murthy及其同事表明，OSCA通道不僅是壓力敏感的離子通道，而且隨著生命的進(jìn)化，它們似乎一直保持著它們的“機(jī)械敏感”特性。

“我們想看看OSCA家族的15個不同成員以及不同物種的機(jī)械敏感性是否得到保護(hù)，”Murthy說。新發(fā)現(xiàn)表明，這些離子通道的壓力傳感能力確實(shí)在OSCA通道類型中“保守”。此外，雖然OSCA通道存在于植物中，但它們在動物中的相關(guān)蛋白TMEM63s也具有機(jī)械敏感性?！斑@一發(fā)現(xiàn)將有助于在模式生物如蒼蠅和小鼠中研究這些通道，并有助于確定它們在人體生物過程和與機(jī)械感覺相關(guān)的其他疾病狀態(tài)中的作用，”Murthy說。

后續(xù)研究由Scripps Research的研究生Sebastian Jojoa Cruz和Kei Saotome博士領(lǐng)導(dǎo)，并在eLife同時發(fā)布。研究人員與Andrew Ward教授合作，使用一種稱為低溫電子顯微鏡的成像技術(shù)來研究OSCA家族成員的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，稱為OSCA1.2。首先看一下OSCA的結(jié)構(gòu)表明蛋白質(zhì)的一部分可能與細(xì)胞膜足夠接近，以檢測膜張力并將該張力轉(zhuǎn)化為離子通道的其余部分。研究人員期待著確切地研究這種壓力傳感過程的工作原理。

“通過揭示OSCA通道的第一個結(jié)構(gòu)快照，我們提供了一個有價值的起點(diǎn)，揭示了整個生物學(xué)中普遍存在的力感機(jī)制的細(xì)節(jié)，”Saotome說。

“在分子水平上研究力是一種困難的現(xiàn)象，因此未來的研究將需要創(chuàng)新和多學(xué)科的方法，”沃德補(bǔ)充說。例如，由牛津大學(xué)的共同作者Alex Tsui和Mark Sansom，DPhil進(jìn)行的OSCA1.2的分子動力學(xué)模擬提供了關(guān)于脂質(zhì)在通道功能中的作用的誘人線索。Saotome和Jojoa Cruz表示，看到OSCA結(jié)構(gòu)與稱為TMEM16的不相關(guān)蛋白質(zhì)家族的結(jié)構(gòu)有多么相似，特別是在跨膜結(jié)構(gòu)域，這是“驚人的”。TMEM16在膜生物學(xué)中具有不同的作用，包括作為細(xì)胞膜的離子通道和操縱器。因此，結(jié)構(gòu)相似性可能表明這種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)比以前認(rèn)為的更多的生物學(xué)功能。