Οι επιστήμονες ανακαλύπτουν τα βασικά στοιχεία για το πώς λειτουργούν οι πιεζοηλεκτρικές πρωτεΐνες που ανιχνεύουν πίεση
Χρησιμοποιώντας ένα συνδυασμό προηγμένων τεχνικών, οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Σαν Φρανσίσκο (UCSF) έχουν αποκαλύψει τους θεμελιώδεις μηχανισμούς με τους οποίους οι πιεζοηλεκτρικές πρωτεΐνες μετατρέπουν τα μηχανικά σήματα σε ηλεκτρικά σήματα. Τα ευρήματά τους, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Nature, ρίχνουν φως στη μοριακή βάση της αίσθησης πίεσης και ανοίγουν το δρόμο για πιθανές θεραπευτικές παρεμβάσεις που στοχεύουν σε πιεζοηλεκτρικές πρωτεΐνες σε διάφορες ασθένειες.
Οι πιεζοηλεκτρικές πρωτεΐνες είναι κανάλια ιόντων που επιτρέπουν στα ιόντα να ρέουν κατά μήκος της κυτταρικής μεμβράνης, μεταβάλλοντας το ηλεκτρικό δυναμικό του κυττάρου. Προηγούμενες μελέτες είχαν εντοπίσει τις πιεζοηλεκτρικές πρωτεΐνες ως βασικά συστατικά των μηχανικών νευρώνων, οι οποίες αισθάνονται και ανταποκρίνονται σε μηχανικά ερεθίσματα. Ωστόσο, ο ακριβής μηχανισμός του τρόπου με τον οποίο αυτές οι πρωτεΐνες μετατρέπουν τη μηχανική δύναμη σε ηλεκτρικά σήματα παρέμειναν αόριστες.
Στην παρούσα μελέτη, οι ερευνητές επικεντρώθηκαν στο piezo1, μία από τις δύο γνωστές πιεζοηλεκτρικές πρωτεΐνες στα θηλαστικά. Χρησιμοποιώντας μικροσκοπία κρυο-ηλεκτρονίων (Cryo-EM), μια τεχνική αιχμής για την απεικόνιση των πρωτεϊνών σε ατομικό επίπεδο, οι ερευνητές κατέλαβαν λεπτομερείς εικόνες του piezo1 σε διαφορετικές διαμορφώσεις. Αυτό τους επέτρεψε να εντοπίσουν βασικές διαρθρωτικές αλλαγές που συμβαίνουν ως απάντηση στη μηχανική δύναμη.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το piezo1 αποτελείται από τρεις λεπίδες που σχηματίζουν δομή που μοιάζει με έλικα. Όταν εφαρμόζεται η μηχανική δύναμη, αυτές οι λεπίδες περιστρέφονται σε σχέση μεταξύ τους, προκαλώντας το άνοιγμα του καναλιού και επιτρέπει την ροή των ιόντων. Αυτή η αλλαγή διαμόρφωσης ενεργοποιείται από μια συγκεκριμένη περιοχή της πρωτεΐνης που ονομάζεται "ελατήριο πύλης", η οποία δρα σαν μοριακός διακόπτης.
"Διαπιστώσαμε ότι η άνοιξη του πύλλου είναι ένας ευέλικτος σύνδεσμος που συνδέει δύο από τις λεπίδες", εξηγεί ο ανώτερος συγγραφέας Dr. Yifan Cheng, καθηγητής κυτταρικής και μοριακής φαρμακολογίας στο UCSF. "Όταν εφαρμόζεται δύναμη, αυτός ο συνδέτης τεντώνεται, οδηγώντας στην περιστροφή των λεπίδων και στο άνοιγμα του καναλιού".
Αυτή η μελέτη παρέχει μια δομική βάση για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο λειτουργούν οι πιεζοηλεκτρικές πρωτεΐνες ως μηχανικοί αισθητήρες. Θα μπορούσε να έχει συνέπειες για την ανάπτυξη φαρμάκων που στοχεύουν στις πιεζοηλεκτρικές πρωτεΐνες για τη ρύθμιση της μηχανικής, ενδεχομένως οδηγώντας σε νέες θεραπείες για καταστάσεις όπως ο χρόνιος πόνος, η απώλεια ακοής και οι καρδιαγγειακές παθήσεις.
"Τα ευρήματά μας προωθούν την κατανόησή μας για το πώς λειτουργούν οι πιεζοηλεκτρικές πρωτεΐνες και ανοίγουν νέες οδούς για να εξερευνήσουν το ρόλο αυτών των πρωτεϊνών στην ανθρώπινη υγεία και τις ασθένειες", λέει ο Δρ Cheng.
