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鑒定出一類保守的基因家族編碼質(zhì)子選擇性離子通道

最近更新時間:2018-5-18

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詳細介紹:

在一項新的研究中,來自美國南加利福尼亞大學(xué)多尼斯夫文學(xué)藝術(shù)科學(xué)學(xué)院(Dornsife College of Letters, Arts and Sciences)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一類全新的離子通道。這些通道讓質(zhì)子(氫離子)進入細胞,在內(nèi)耳平衡中發(fā)揮著重要的作用,并且存在于對酸味作出反應(yīng)的味覺細胞中。相關(guān)研究結(jié)果于2018年1月25日在線發(fā)表在Science期刊上,論文標題為“An evolutionarily conserved gene family encodes proton-selective ion channels”。
 

圖片來自Yu-Hsiang Tu和Emily Liman。

 

質(zhì)子控制溶液是酸性還是堿性。它們確定著溶液的pH值。毫不奇怪的是,質(zhì)子不會穿過細胞膜;它們必須通過離子通道等特定蛋白跨膜轉(zhuǎn)運。

盡管編碼讓質(zhì)子離開細胞的離子通道的基因已被鑒定出,但是人們并不清楚是否需要一個或幾個基因來形成讓質(zhì)子進入細胞的離子通道。如今,這項針對酸味的研究鑒定出編碼質(zhì)子傳導(dǎo)離子通道的otopetrin基因家族。

這個基因家族zui初被認為在保持身體平衡中起著重要的作用:基因O*(編碼otopetrin 1蛋白)發(fā)生突變的小鼠不能夠讓它們自己保持直立。由這個基因編碼的蛋白的功能以及它發(fā)生的突變導(dǎo)致內(nèi)耳前庭系統(tǒng)缺陷的原因尚不清楚。但在研究味覺的過程中,由南加利福尼亞大學(xué)多尼斯夫文學(xué)藝術(shù)科學(xué)學(xué)院生物科學(xué)教授Emily Liman領(lǐng)導(dǎo)的一個研究團隊發(fā)現(xiàn)O*編碼的otopetrin 1蛋白是一種質(zhì)子通道,從而為otopetrin 1如何促進內(nèi)耳發(fā)揮功能和保持平衡提供了線索。

鑒于酸味是對具有較高質(zhì)子濃度的酸性物質(zhì)的感知,Liman預(yù)測酸味味覺細胞(sour taste cell)具有對質(zhì)子作出反應(yīng)的或者轉(zhuǎn)運質(zhì)子的離子通道。事實上,在八年前,她的實驗室利用生物物理學(xué)方法證實質(zhì)子通過細胞膜中的特定質(zhì)子通道進入味覺細胞,但是編碼這種質(zhì)子通道的基因和這種質(zhì)子通道的結(jié)構(gòu)特性是未知的。

在這項新的研究中,Liman實驗室利用一種被稱作RNA測序(RNAseq)的分子遺傳學(xué)技術(shù)鑒定出哪些基因在酸味味覺細胞中特異性表達,而不在其他類型的味覺細胞中表達。研究生Yu-Hsiang Tu隨后逐個基因地測試候選基因,zui終他發(fā)現(xiàn)一個基因當被導(dǎo)入到不產(chǎn)生任何質(zhì)子傳導(dǎo)通道的細胞中時會產(chǎn)生一種質(zhì)子傳導(dǎo)通道。

在Yu-Hsiang測試了36多個候選基因后,Liman幾乎已放棄了。Liman 說,“當Yu-Hsiang叫我進實驗室,給我看了下這些數(shù)據(jù),我簡直不敢相信我們終于找到了。我們尋找了這么多年。”

除了O*之外,在脊椎動物中還存在著兩個相關(guān)的基因(Otop2和Otop3),而且這個基因家族也存在于黑腹果蠅中。otopetrin家族與所有其他的離子通道存在著結(jié)構(gòu)上的差異,并且所有的otopetrin蛋白都會形成質(zhì)子通道,這提示著這些質(zhì)子傳導(dǎo)通道在進化上是保守的。每種otopetrin蛋白在舌頭、耳朵、眼睛、神經(jīng)、生殖器官和消化道等多種組織中*地分布著。

在內(nèi)耳前庭系統(tǒng)中,O*是被稱作耳石(otoconia)的結(jié)構(gòu)形成和發(fā)揮功能所必需的,其中耳石是感測重力和加速度的碳酸鈣晶體。這些研究人員猜測這些otopetrin蛋白是維持適合耳石形成的pH值,而且這些不能直立的小鼠存在的缺陷是由于pH值調(diào)節(jié)異常。

在味覺系統(tǒng)中,作為酸味感知的一部分,otopetrin蛋白可能參與感測酸性物質(zhì)。這些質(zhì)子通道在其他組織中的功能是未知的。

Liman說:“我們從未期待我們在味覺細胞中尋找的這種分子也會在內(nèi)耳前庭系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)到。這突顯了基礎(chǔ)研究的力量

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