深圳子科生物報道：來自北京大學分子醫(yī)學研究所、北京大學-清華大學生命科學聯(lián)合中心的研究人員發(fā)表了題為“Structure of the mechanosensitive OSCA channels”的文章，解析了對機械力敏感的OSCA通道的結構，并報導了新型機械力敏感離子通道OSCA的鑒定、結構解析與機制。

這一研究成果公布在9月6日的Nature Structural & Molecular Biology雜志上，文章的通訊作者為北京大學分子醫(yī)學研究所陳雷、北京大學定量生物學中心宋晨和復旦大學生命科學學院閆志強，第一作者為章明鋒。

這項研究鑒定并解析了機械力敏感的非選擇性離子通道OSCA的原子分辨率（3.5?）冷凍電鏡結構，揭示了OSCA通道的組裝模式，并通過突變體的電生理研究及分子動力學模擬，推測了該通道可能的工作機制。

機械力是一種能夠被生物體感知的物理信號。生物體通過種類繁多的機械力感受器來感受這種信號。機械力敏感的離子通道（mechanosensitive ion channel）就是一種在所有生物體內(nèi)都存在的機械力感受器，它們可以把機械力這種力學信號轉化為電信號。根據(jù)機械力感受機制的差異，人們把這些離子通道分為兩大類，分別可以感受膜傳遞的機械力（比如Piezo，K2P，MscL等）及感受細胞骨架傳遞的機械力（比如NOMPC）。有些機械力敏感的離子通道和滲透壓感受及應激相關，比如細菌中的MscL等通道。此前有研究報道，擬南芥中的OSCA1.1及OSCA1.2通道與滲透壓的感受相關。

在這項研究中，陳雷研究組首先通過在inside-out膜片鉗記錄電極內(nèi)施加負壓的方式證明擬南芥的OSCA1.1是一個壓力敏感的非選擇性離子通道。進一步地，通過微管多聚抑制劑及錐形磷脂Lyso-PC處理后電流的變化，證明該離子通道是通過感受膜傳遞的機械力而激活的。

陳雷研究組隨后通過冷凍電鏡的方法解析了該通道在3.5?的結構。該結構清晰的顯示了OSCA1.1通道是個同源二聚體，每個亞基有11個跨膜螺旋。令人驚訝的是該通道M1-M10跨膜螺旋的結構與TMEM16家族蛋白的結構很相似，但沒有序列同源性。TMEM16家族成員包括了鈣離子激活的氯離子通道及鈣離子激活的磷脂翻轉酶等。

通過結構分析及宋晨研究組的分子動力學模擬研究，作者們推測了OSCA孔道區(qū)的位置，并發(fā)現(xiàn)兩個位于所推測的孔道區(qū)的突變可以改變OSCA單通道電導，從而進一步驗證了孔道區(qū)的位置。陳雷組又鑒定了擬南芥中的OSCA3.1蛋白是一種可以感受更高壓力范圍的機械力敏感的離子通道，并解析了其分辨率為4.8?的結構。該結構和OSCA1.1 通道的結構極為相似。

通過序列比對及突變，作者們發(fā)現(xiàn)了OSCA3.1與OSCA1.1在M0上的兩個不同的氨基酸可能與其感受不同的壓力范圍有關。作者們還通過與TMEM16A通道不同門控狀態(tài)下的結構進行比較及突變體的電生理記錄，發(fā)現(xiàn)了M6螺旋可能在OSCA響應機械力而開放的過程中會發(fā)生與TMEM16A相似的構象變化（復旦大學的閆志強實驗室在電生理實驗方面提供了部分支持）。

上述結果與宋晨研究組分子動力學模擬中所發(fā)現(xiàn)的膜表面張力刺激下的通道擴張和跨膜螺旋的構象變化相符合。從而，作者們提出了該新型機械力敏感的離子通道的工作機制模型。

原文標題：

Structure of the mechanosensitive OSCA channels

http://www.nature.com/articles/s41594-018-0117-6