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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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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(jìn)入細(xì)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(xì)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(biāo)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(xì)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(xì)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(jìn)入細(xì)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(rèn)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(tuán)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(jìn)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(xì)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(xì)胞膜中的特定質(zhì)子通道進(jìn)入味覺細(xì)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(xì)胞中特異性表達(dá)，而不在其他類型的味覺細(xì)胞中表達(dá)。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(dāng)被導(dǎo)入到不產(chǎn)生任何質(zhì)子傳導(dǎo)通道的細(xì)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(dāng)Yu-Hsiang叫我進(jìn)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(jìn)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(xì)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