美國(guó)南加州大學(xué)(USC)Dornsife文理藝術(shù)學(xué)院的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一條全新的離子通道。這些通道讓質(zhì)子(H +離子)進(jìn)入細(xì)胞，對(duì)于內(nèi)耳感知平衡非常重要。它們存在于感知酸味的味覺(jué)細(xì)胞中。這項(xiàng)研究于1月25日發(fā)表在《Science》上。
質(zhì)子控制溶液的酸堿性，即所謂的pH值。它們無(wú)法穿過(guò)細(xì)胞膜，必須通過(guò)離子通道等特殊蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)輸。
盡管研究人員已經(jīng)確定編碼離子通道的基因可以使質(zhì)子離開(kāi)細(xì)胞，但是形成使質(zhì)子進(jìn)入細(xì)胞的離子通道是否需要一個(gè)或若干個(gè)基因仍然不明確。現(xiàn)在，這項(xiàng)關(guān)于酸味的研究發(fā)現(xiàn)了otopetrin(耳蝶呤)族基因，該基因能夠編碼傳導(dǎo)質(zhì)子的離子通道。
這個(gè)基因最初被發(fā)現(xiàn)是因?yàn)樗鼘?duì)平衡非常重要：otopetrin1 (Otop1)基因突變的小鼠被稱(chēng)為“傾斜的”，因?yàn)樗鼈儫o(wú)法保持平衡。編碼蛋白質(zhì)的功能以及基因突變導(dǎo)致前庭缺陷的原因尚不清楚。但是，這項(xiàng)關(guān)于味覺(jué)感知的研究發(fā)現(xiàn)，Otop1編碼一個(gè)質(zhì)子通道，這可以解釋otopetrin1基因?yàn)楹螘?huì)影響內(nèi)耳功能和平衡。這項(xiàng)研究由USC Dornsife生物科學(xué)教授Emily Liman領(lǐng)導(dǎo)。
因?yàn)樗嵛妒撬嵝晕镔|(zhì)的味道，而酸性物質(zhì)含有高濃度的質(zhì)子。Liman預(yù)測(cè)酸味細(xì)胞具有響應(yīng)或傳輸質(zhì)子的離子通道。事實(shí)上，8年前，她的實(shí)驗(yàn)室就利用生物物理學(xué)方法表明，質(zhì)子利用細(xì)胞膜中一種特殊的質(zhì)子通道進(jìn)入味覺(jué)細(xì)胞，而編碼這個(gè)通道的基因和質(zhì)子通道的結(jié)構(gòu)特征在當(dāng)時(shí)并不為人所知。
舌頭背面的味覺(jué)細(xì)胞。紅色的細(xì)胞能夠感知酸味，綠色細(xì)胞能夠檢測(cè)苦味、甜味、鮮味。細(xì)胞核呈藍(lán)色。
Liman的實(shí)驗(yàn)室利用名為RNAseq的分子遺傳學(xué)技術(shù)確定了哪些基因只在酸味感知細(xì)胞中特異性表達(dá)，而不是其他類(lèi)型的味覺(jué)細(xì)胞。研究生Yu-Hsiang Tu對(duì)候選基因逐個(gè)進(jìn)行了測(cè)試，直到他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)基因，當(dāng)該基因被引入到?jīng)]有任何質(zhì)子傳導(dǎo)通道的細(xì)胞中時(shí)，它能夠產(chǎn)生一種傳導(dǎo)質(zhì)子的蛋白質(zhì)。
在Yu-Hsiang完成了對(duì)幾十種候選基因的測(cè)試之后，Liman幾乎要放棄了。她說(shuō)：“當(dāng)Yu-Hsiang把我叫到實(shí)驗(yàn)室并展示了otopetrin的數(shù)據(jù)時(shí)，我無(wú)法相信我們最終發(fā)現(xiàn)它了。我們已經(jīng)花費(fèi)了好多年的時(shí)間來(lái)尋找它。”
除了Otop1之外，脊椎動(dòng)物體內(nèi)還有兩種相關(guān)的基因(Otop2 和Otop3)，這個(gè)基因族在黑腹果蠅上被表現(xiàn)出來(lái)。Otopetrin在結(jié)構(gòu)上與其它的離子通道不同，而所有的otopetrin基因都能夠形成質(zhì)子通道，這表明這些質(zhì)子傳導(dǎo)通道在進(jìn)化上是保守的。每一種otopetrin在很多組織中都有獨(dú)特的分布，包括舌頭、耳朵、眼睛、神經(jīng)、生殖器官和消化道。
在前庭系統(tǒng)中，Otop1對(duì)于一種名為耳石的結(jié)構(gòu)形成和功能是必須的，耳石是一種碳酸鈣晶體，它能感知重力和加速度。研究人員推測(cè)，otopetrin能夠使pH值維持在適合形成耳石的值，而在研究中無(wú)法保持平衡的小鼠是因?yàn)閜H值的調(diào)節(jié)出現(xiàn)異常。
在味覺(jué)系統(tǒng)中，otopetrin參與到了感知酸味的過(guò)程中。這些質(zhì)子通道在其他組織中的功能尚不明確。
Liman說(shuō)：“我們從未考慮過(guò)會(huì)出現(xiàn)這樣的情況，我們?cè)谖队X(jué)細(xì)胞中尋找的分子也存在于前庭系統(tǒng)中。這表明了基礎(chǔ)研究的重要性。”
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