由斯克里普斯研究所(TSRI)的科學家領(lǐng)導的一個小組通過展示細胞中一個關(guān)鍵的“減壓閥”如何完成其??工作，解決了細胞生物學中一個長期存在的謎團。稱為VRAC(體積調(diào)節(jié)陰離子通道)的安全閥通?？煞乐辜毎麛z入過多水分并過度膨脹。但VRAC對細胞健康的重要性才剛剛開始被理解 - 它已經(jīng)暫時與中風引起的腦損傷，糖尿病，免疫缺陷甚至癌癥治療抵抗有關(guān)。

在2016年1月28日發(fā)表于Cell的一項研究中，科學家們發(fā)現(xiàn)VRAC是一種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，含有五種不同的蛋白質(zhì)亞基 - 其精確的混合決定了它的緩解瓣膜特性。研究小組還確定，VRAC的安全閥功能不是通過細胞本身的物理膨脹來激活，而是通過一個緊密相關(guān)的事件激活：由于突然流入細胞而導致的低濃度溶解離子。

“了解VRAC如何組裝以及如何運作非常重要，不僅因為它是細胞中的基本調(diào)節(jié)機制，而且因為它似乎與各種疾病和病癥有關(guān)，”首席研究員Ardem Patapoutian說道，他是一名教授。 TSRI和霍華德休斯醫(yī)學研究所(HHMI)研究員。

通過分子湯排序

幾十年前，科學家們發(fā)現(xiàn)了VRAC的存在，但直到最近才開始識別它的組成部分。2014年初，Patapoutian的實驗室和德國的一個獨立小組獨立發(fā)現(xiàn)一個VRAC亞基是一種名為LRRC8A(SWELL1)的蛋白質(zhì)，這是VRAC正常運作所必需的。然而，當時顯而易見的是，VRAC還有其他子單元。

在這項新研究中，Patapoutian及其團隊希望更全面地了解VRAC如何組合以及如何感知音量變化。

知道LRRC8A始終存在于VRAC中，共同第一作者趙竹秋，Patapoutian實驗室和諾華研究基金會(GNF)基因組學研究所的博士后研究員，創(chuàng)建了測試細胞，生產(chǎn)帶有特殊蛋白標簽的LRRC8A。標記的LRRC8A用作手柄，將完整的VRAC復(fù)合物從細胞中包含的分子湯中拉出。

共同第一作者Ruhma Syeda，也是Patapoutian實驗室的博士后研究員，領(lǐng)導了將純化的VRAC復(fù)合物放入模型細胞膜(脂雙層)中以測量帶電離子的電導。結(jié)果令人吃驚。盡管離子通道通常具有明確定義的單通道電導，但VRAC的測量表明存在寬范圍的電導。

之前的研究表明，除了LRRC8A之外，VRAC結(jié)構(gòu)還可以包括LRRC8系列的其他成員，即LRRC8B，LRRC8C，LRRC8D和/或LRRC8E。因此，另一位博士后研究員Qiu和Stuart Cahalan創(chuàng)造了一組細胞系，其中一個或多個LRRC8蛋白的基因被刪除。通過這種方法和其他方法，該團隊確定VRAC實際上是一個多樣化的離子通道家族，每個離子通道都有大約六個蛋白質(zhì)亞基。任何VRAC結(jié)構(gòu)的至少一個亞基是LRRC8A，但其他亞基似乎是LRRC8B-E蛋白的可變混合物。當在簡約雙層系統(tǒng)中測量通道復(fù)合物時，組成的可變性導致不同的電荷流動性質(zhì)。博士后研究員Swetha Murthy和Adrienne Dubin，

“我們推測不同的細胞類型需要不同形式的VRAC來應(yīng)對他們不同的環(huán)境 - 這是我們熱衷于測試的一個想法，”邱說。

Patapoutian說：“這一發(fā)現(xiàn)還表明，VRAC組成的微妙變化會對其在細胞中的作用產(chǎn)生深遠的影響，并可能導致疾病。”

如何感知腫脹細胞

關(guān)于VRAC最大的未解答的問題可能是：它如何感知細胞腫脹?

Patapoutian說：“幾十年來人們對此已經(jīng)摸不著頭腦，因為很難想象細胞如何直接測量其體積的增加。”

一種可能性是VRAC通過檢測細胞膜的伸展來間接地感知體積增加，如一些感覺離子通道那樣。然而，在簡化的脂雙層環(huán)境中檢查VRAC復(fù)合物時，研究小組發(fā)現(xiàn)它們不是通過膜拉伸激活的。然而，當通常的溶解離子濃度降低時，它們很容易被激活。

這是有道理的。Syeda說：“當水沖入并且細胞膨脹時，離子強度的局部降低是不可避免的結(jié)果。”

對VRAC的進一步研究將旨在確定其精確的物理結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的變化如何改變其離子傳導性質(zhì)，VRAC如何在不同細胞類型中變化，以及VRAC變體或突變體如何導致疾病。VRAC被認為會惡化中風相關(guān)的腦損傷和心臟病發(fā)作損害，例如，通過在動脈阻塞后的低氧條件下允許信號分子的異常有害流動。VRAC也可能與免疫系統(tǒng)的發(fā)展有關(guān)：2003年的一項研究發(fā)現(xiàn)LRRC8A的突變，現(xiàn)在已知是VRAC的主要亞基，可以防止產(chǎn)生抗體的B細胞正常發(fā)育。最近的一項研究暗示VRAC對癌癥藥物順鉑和卡鉑的臨床反應(yīng) - 藥物分子使用VRAC作為腫瘤細胞的門戶。