论文部分内容阅读
离子通道是细胞膜上的大分子孔道。离子通过这些通道进出细胞产生了生命体的电信号,介导多种生命活动。其中,机械门控离子通道能够感受机械力而开放,在触觉、痛觉、体位平衡、血压调节、渗透压调节等广泛的生理现象中发挥着至关重要的作用。Piezo蛋白家族就是长期寻找的哺乳动物中的兴奋性机械门控阳离子通道。哺乳动物Piezo蛋白包含2500个以上氨基酸,预计穿膜30-40次,和任何已知离子通道或其它蛋白家族都不具备序列或结构同源性。通过冷冻电镜解析出的鼠源Piezo1全长的三维结构显示,Piezo1蛋白形成同源三聚体通道,整体呈现类似于三叶螺旋桨的架构,可能的中央孔道区包括外部螺旋区(outer helix,OH),C端胞外区(C-terminal extracellular domain,CED),内部螺旋区(inner helix,IH)和C端胞内区(intracellular C-terminal domain,CTD)。外周区域则包括胞外扇叶区(Blade),外周的跨膜螺旋(peripheral helices,PHs),以及胞内的横梁区(Beam)和锚定区(Anchor)。然而,其离子通透和机械力传导的分子组成和机制还没有在功能学上进行确定。在本论文中,我们确定了Piezo蛋白家族作为机械门控阳离子通道的离子通透路径的分子组成,证明其羧基端包含最后两次跨膜区的约350个氨基酸可以形成负责离子通透的孔道区模块,而氨基端约2200个氨基酸则能够作为一个独立的机械力传感模块发挥作用。并且进一步发现:三聚体各亚基的内部螺旋区组成了离子通透孔道的侧壁;控制区分阳离子和阴离子的关键氨基酸位点;决定二价阳离子和一价阳离子的选择性以及单通道电导的关键氨基酸位点;门控过程中孔道区的动态变化;深入孔道区的关键门控氨基酸位点,以及影响机械力传导的关键结构域和氨基酸位点,及其分布规律。综上所述,本研究为理解Piezo1离子通道的孔道特征,离子通透和选择性机制,以及机械力传导和门控机制提供了非常重要的线索,为将来以Piezo通道为靶点的药物设计与开发奠定了理论依据。