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        分子彈簧產生蒼蠅的觸覺和聽覺感
        
			
        
				2019-06-13 09:12:22
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        隨著感官的去，沒有什么比我們的觸覺更直接和具體。因此，令人驚訝的是，在分子水平上，我們的觸覺仍然知之甚少。我們的每一種感官都依賴于“受體”分子，這些分子將光，聲和運動等信號轉化為電脈沖，讓神經傳遞到大腦。科學家對眼睛中的受體如何將光轉化為視覺有了相當完整的理解，并且他們已經繪制了許多口鼻中的蛋白質，將化學信號轉化為氣味和味道。
        

        分子彈簧產生蒼蠅的觸覺和聽覺感
        

        但仍然神秘的是“機械感受器”，它可以檢測細胞的運動，從而產生我們的觸覺和聽覺，甚至可以通過我們的靜脈來檢測我們身體的位置和血液流動。
        

        現(xiàn)在，加州大學舊金山分校的科學家們已經精確地繪制了一種叫做NOMPC(發(fā)音為“nomp-see”)的蛋白質復合物，它可以作為從果蠅到魚類和青蛙的動物的機械感受器。該結構于2017年6月26日在“自然”雜志上發(fā)布，揭示了一種機器，它依賴于四個微小的彈簧，將復合物系在細胞的“骨架”上并對其運動作出反應。
        

        盡管在我們這樣的哺乳動物中沒有發(fā)現(xiàn)NOMPC，但新的結構使科學家能夠更好地理解可能讓我們自己的感覺細胞檢測到觸覺的微妙機器。
        

        特別是，負責人類聽覺的渠道 - 通過在空中汲取微妙的振動而起作用 - 迄今為止已經回避了詳細的研究。如果像某些科學家所假設的那樣，系留受體對我們的聽覺負責，那么它很可能像NOMPC一樣起作用。
        

        彈簧可以微調通道的靈敏度
        

        由于最近在稱為單粒子電子低溫顯微鏡的技術方面的技術突破，NOMPC受體被如此詳細地繪制。David Agard博士和Yifan Cheng博士的實驗室，他們都是加州大學舊金山分校的霍華德休斯醫(yī)學研究員和生物化學與生物物理學教授，他們?yōu)檫@項技術的分辨率及其對蛋白質成像能力的巨大改進作出了重大貢獻，如NOMPC，坐在細胞膜上。
        

        使用這種技術，NOMPC受體被揭示為一組四個相同的蛋白質，位于細胞膜中，每個蛋白質都有一條彈簧狀的系繩進入細胞。
        

        NOMPC受體的功能長期以來一直是該研究的另一位資深作者Yuh Nung Jan博士的實驗室，他是加州大學舊金山分校的霍華德休斯醫(yī)學研究員和生理學教授。Jan實驗室以前的實驗表明，受體不會對膜單獨的運動產生反應，但細胞骨架中的較大運動 - 允許細胞保持其形狀的結構纖維網(wǎng)絡 - 導致束打開，形成細胞膜上的一個洞。帶電離子通過孔沖入細胞，產生電脈沖，向神經系統(tǒng)發(fā)出信號。
        

        先前映射的觸摸受體在細胞膜中自由漂浮，僅在細胞表面的特定斑塊改變形狀時才響應。但是新的結構數(shù)據(jù)顯示NOMPC的彈簧狀系繩可能如何將其與細胞骨架聯(lián)系起來，從而可能使受體感知到細胞形狀的遠處變化。
        

        “這是第一個被詳細模擬的系留受體，”Jan Jin實驗室博士后彭金博士說，他是這項研究的主要作者之一。“我們驚訝地發(fā)現(xiàn)大自然已經創(chuàng)造了自己的微小彈簧，將受體與細胞骨架聯(lián)系起來。”
        

        你拉它嗎?推它?麻煩嗎?
        

        為了充分了解像NOMPC這樣的渠道是如何打開和關閉的，科學家必須在開放和封閉狀態(tài)下觀察通道的結構。對于像我們的視網(wǎng)膜那樣的光響應的蛋白質，或者像我們的鼻子和嘴里的化學物質，這是相對容易的，因為它們可以分別通過光束或化學清洗遠程觸發(fā)。但協(xié)調機械感官的蛋白質 - 如觸摸和聽覺 - 必須通過微觀力量直接拉動或扭曲打開。這對于科學家來說是一種受控制的方式具有挑戰(zhàn)性。
        

        “對所有這些單個分子施加定向力是很困難的，”Cheng實驗室的博士后David Bulkley和該研究的另一位主要作者說。“我們不知道哪個方向會激活頻道 - 你拉它，你推它，你扭曲它嗎?”
        

        為了解決這個問題，科學家們正在尋找方法來強制開放通道 - 也許是通過找到一種能夠結合并鎖定蛋白質的分子，或者通過產生粘在“開放”位置的蛋白質的突變形式。
        

        與此同時，該團隊還致力于生成蛋白質的計算模型。他們獲得的高分辨率結構將幫助他們詳細模擬系繩處于拉伸狀態(tài)時會發(fā)生什么。
        
			

			
          
        
			
        
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