Οι επιστήμονες ανακαλύπτουν τα βασικά στοιχεία για το πώς λειτουργούν οι πιεζοηλεκτρικές πρωτεΐνες που ανιχνεύουν πίεση
Χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό προηγμένων τεχνικών, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, του Σαν Φρανσίσκο (UCSF) και του Ιατρικού Ινστιτούτου Howard Hughes (HHMI) έχουν εντοπίσει τα βασικά δομικά στοιχεία μέσα στις πιεζοηλεκτρικές πρωτεΐνες που επιτρέπουν την ανίχνευση των μηχανικών δυνάμεων τους. Τα ευρήματά τους, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature στις 8 Φεβρουαρίου 2023, ρίχνουν φως στους θεμελιώδεις μηχανισμούς που αποτελούν μια κρίσιμη κατηγορία αισθητήριων πρωτεϊνών.
Οι πιεζοηλεκτρικές πρωτεΐνες είναι κανάλια ιόντων ενσωματωμένα στις μεμβράνες των κυττάρων. Λειτουργούν ως αισθητήρες που μετατρέπουν τα φυσικά ερεθίσματα σε ηλεκτρικά σήματα. Προηγούμενες μελέτες υποδεικνύουν ότι οι πιεζοηλεκτρικές πρωτεΐνες λειτουργούν μέσω της τέντωσης συγκεκριμένων τομέων σε απόκριση των μηχανικών δυνάμεων, παρόμοια με το τέντωμα ενός ελατηρίου. Ωστόσο, τα ακριβή δομικά χαρακτηριστικά που υπεύθυνα για αυτό το τέντωμα παρέμειναν ασαφείς.
Για να αντιμετωπιστεί αυτό το χάσμα γνώσεων, η ερευνητική ομάδα υπό την ηγεσία του Dr. Ardem Patapoutian, γνωστού εμπειρογνώμονα στον τομέα της αίσθησης αφής και των πιεζοηλεκτρικών πρωτεϊνών, διεξήγαγε μια σειρά πειραμάτων. Χρησιμοποίησαν μικροσκοπία κρυο-ηλεκτρονίων για να συλλάβουν εικόνες υψηλής ανάλυσης πρωτεϊνών πιεζοηλεκτρικών πρωτεϊνών στη φυσική τους κατάσταση. Αυτό τους επέτρεψε να απεικονίσουν την τρισδιάστατη δομή αυτών των πρωτεϊνών σε πρωτοφανή λεπτομέρεια.
Η ανάλυσή τους αποκάλυψε ότι οι πιεζοηλεκτρικές πρωτεΐνες αποτελούνται από πολλαπλές περιοχές γνωστές ως "λεπίδες" και "κουπιά". Αυτές οι δομές λειτουργούν ως μοχλοί και πύλες, αντίστοιχα. Όταν οι μηχανικές δυνάμεις εφαρμόζονται στις λεπίδες, κινούνται, ενεργοποιώντας μια αλλαγή στη διαμόρφωση των κουπιών. Αυτές οι αλλαγές διαμόρφωσης ελέγχουν στη συνέχεια το άνοιγμα και το κλείσιμο του καναλιού ιόντων, μετατρέποντας τελικά το μηχανικό σήμα σε ηλεκτρικό.
Τα ευρήματα της ομάδας παρέχουν μια σημαντική ανακάλυψη στην κατανόηση των μοριακών μηχανισμών των πιεζοηλεκτρικών πρωτεϊνών και του ρόλου τους στην ανίχνευση μηχανικών δυνάμεων. Αυτή η γνώση όχι μόνο θα εμβαθύνει την κατανόησή μας για τις θεμελιώδεις κυτταρικές διεργασίες, αλλά θα μπορούσε επίσης να ανοίξει νέες δυνατότητες για θεραπευτικές παρεμβάσεις που στοχεύουν στις πιεζοηλεκτρικές πρωτεΐνες και τις συναφείς συνθήκες, για παράδειγμα, στη θεραπεία του πόνου ή της υπέρτασης.
Η μελλοντική έρευνα θα επικεντρωθεί στην περαιτέρω βελτίωση της κατανόησης των πιεζοηλεκτρικών πρωτεϊνών και των αλληλεπιδράσεών τους με άλλα κυτταρικά συστατικά για να ξεδιπλώσουμε πλήρως τις πολυπλοκότητες της μηχανικής ανίχνευσης σε κύτταρα και ιστούς.
