Ученые из Scripps Research обнаружили, что загадочное семейство клеточных белков, называемых OSCA и TMEM63, представляет собой новый класс механочувствительных ионных каналов.
Механочувствительные ионные каналы преобразуют биологически значимые физические силы в биохимические сигналы. Например, реакция растения на сигналы окружающей среды, такие как ветер, водные потоки или физические барьеры, зависит от механоощущения. У млекопитающих осязание, болевые ощущения и регуляция кровяного давления осуществляются механочувствительными ионными каналами. Несмотря на их важность, очень мало известно о молекулах, выполняющих эти функции у растений и животных.
Ученые также расшифровали атомную структуру одного члена семейства белков OSCA, что позволит им изучить, как эти ионные каналы выполняют свою работу. роль в болезни.
Первоначальная работа по выявлению роли белков OSCA проводилась под руководством Светы Мурти, доктора философии, профессионального научного сотрудника в лаборатории Ардема Патапутяна, доктора философии, профессора Scripps Research и исследователя Медицинского института Говарда Хьюза. В своем новом исследовании eLife Мурти и ее коллеги показывают, что каналы OSCA не только являются чувствительными к давлению ионными каналами, но и сохранили свои «механочувствительные» свойства по мере развития жизни..
«Мы хотели посмотреть, сохраняются ли свойства механочувствительности у 15 различных членов семейства OSCA и у разных видов», - говорит Мурти.
Новые результаты показывают, что способность этих ионных каналов воспринимать давление действительно «законсервирована» среди типов каналов OSCA. Кроме того, в то время как каналы OSCA присутствуют в растениях, их родственные белки в животных, TMEM63, также являются механочувствительными.
«Это открытие облегчит изучение этих каналов у модельных организмов, таких как мухи и мыши, и поможет определить их роль в биологических процессах человека и других болезненных состояниях, связанных с механоощущением», - говорит Мурти.
Последующее исследование было проведено Себастьяном Джоджоа Крузом, аспирантом, и Кей Саотоме, доктором философии, в Scripps Research, и одновременно опубликовано в eLife. Работая с профессором Эндрю Уордом, доктором философии, исследователи использовали метод визуализации, называемый криоэлектронной микроскопией, для изучения структурных деталей члена семейства OSCA, называемого OSCA1.2.
Этот первый взгляд на структуру OSCA предполагает, что часть белка может располагаться достаточно близко к клеточной мембране, чтобы ощущать натяжение мембраны и передавать это напряжение на остальную часть ионного канала. Исследователи с нетерпением ждут возможности выяснить, как именно работает этот процесс измерения давления.
«Обнаружив первый структурный снимок канала OSCA, мы предоставили ценную отправную точку для раскрытия деталей механизма ощущения силы, который широко распространен в биологии», - говорит Саотоме..
«Сила - сложное явление для изучения на молекулярном уровне, поэтому будущие исследования потребуют новаторских и междисциплинарных подходов», - добавляет Уорд. Например, молекулярно-динамическое моделирование OSCA1.2, проведенное соавторами Алексом Цуи и Марком Сэнсом, доктором философии, в Оксфордском университете, дает дразнящие подсказки о роли липидов в функционировании каналов.
Саотоме и Жожоа Круз говорят, что было «поразительно» увидеть, насколько структура OSCA похожа на структуру неродственного семейства белков, называемых TMEM16, особенно в трансмембранном домене. TMEM16 играют разнообразную роль в биологии мембран, в том числе в качестве ионных каналов и манипуляторов клеточной мембраны. Следовательно, структурное сходство может свидетельствовать о том, что эта белковая архитектура отвечает за большее количество биологических функций, чем считалось ранее.
«Следующим шагом будет определение физиологической роли этих белков в растениях и животных», - говорит Мурти.