复合低温电子显微镜图画显现内嵌Piezo通道的脂质囊泡、Piezo通道的结构（顶部），由高速原子力显微镜记载的单个Piezo通道在外力效果下的地势图画（圆圈），以及Piezo跟着施加的力在膜内的横向扩张的图画 (右图)。
压力感知蛋白Piezo在人体中起着传感器的效果，用于感知接触、膀胱充盈和血压等机械影响。近来，来自美国威尔·康奈尔医学院和洛克菲勒大学的一组科学家阐明晰Piezo的根本作业机制，这一发现是基础科学的一项豪举，也为研讨Piezo蛋白在人类疾病中的效果和潜在的新式医治战略拓荒了许多新的途径。
在8月21日宣布在《天然》杂志上的这项研讨中，科学家们使用了先进的显微镜技能对停止状态下和施加机械力过程中的Piezo蛋白进行了成像，证明晰这种杂乱蛋白质的结构，并从本质上展现了它怎么将机械影响转化为电信号。
“咱们的剖析标明，Piezo1嵌入细胞膜后，细胞膜上的张力会使蛋白结构变平、变宽。”论文的一起通讯作者Simon Scheuring博士说，他是威尔·康奈尔医学院麻醉生理学和生物物理学教授。Scheuring的实验室与洛克菲勒大学分子神经生物学和生物物理学教授Roderick MacKinnon的实验室协作进行了这项研讨。MacKinnon博士因其对离子通道蛋白结构和机制的研讨而获得了2003年的诺贝尔化学奖。
Piezo1和Piezo2是具有共同结构的大型杂乱蛋白质。它们嵌在某些类型细胞的膜中，将效果于细胞的机械力转化为改动细胞活性的电信号。Piezo1蛋白在膀胱细胞中作业，例如检测膀胱何时充溢，也在血管内膜细胞中作业，检测并协助调理血压的改变。Piezo2蛋白在皮肤和关节的感觉神经末梢起效果，协助调理触觉、痛觉和本体感觉。
近年来，成像技能的前进使得科学家们能够确认Piezo1的根本结构，它和Piezo2有很大的相似之处：从上面看，这个结构有一个三臂螺旋桨或“三棱”外观。从旁边面看，则像是一个浅碗嵌入了细胞膜，在其间心有一个离子通道，当后者翻开时，钙和其他带正电荷的离子就会流入细胞。但机械力翻开离子通道的根本机制仍然是个谜。而在这项新研讨中，Scheuring博士和MacKinnon博士等人，包含榜首作者、麻醉学博士后林毅志（音译）博士，愈加明晰地解析了Piezo是怎么作业的。
他们将低温电子显微镜和高速原子力显微镜（用超活络的机械探针接触物体外表来发生物体的图画）相结合，标明晰Piezo1是一种有弹性的结构，一般会使细胞膜曲折，但当施加机械力时，它就会变平。Scheuring博士说：“跟着膜张力的添加，Piezo1的结构变平，并向外延伸，占有更大的区域，这反过来翻开了离子通道。”
他也指出了其他影响使Piezo1结构拉伸或变平的或许性，如从内部施加在Piezo“手臂”上或从外部施加在细胞外CED结构域上的拉力，原则上也能够翻开离子通道，使其成为合适多种细胞类型和生理功能的通用机制。
此外，考虑到包含肺、膀胱、肠道和胰腺在内的器官中细胞类型的多样性，以及血管和感觉神经系统中细胞的多样性，Piezo蛋白根本机制的发现或许会为了解并医治许多人类疾病带来新方法。Scheuring说：举个比如，假如血管内壁的细胞膜含有过量得胆固醇，它们就会变得更硬，添加嵌入其间的Piezo 1蛋白的布景张力，并或许损坏这些蛋白检测和协助调理血压的正常才能。咱们的发现引发了对Piezo蛋白在疾病中效果的许多猜测，将来我们能够进行深入研讨。”
科界原创
编译：花花
审稿：阿淼
期刊来历：《天然》
期刊编号：0028-0836
原文链接：
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-08/wcm-sdt082119.php
