科学家识别触摸和其他机械激活系统所涉及的分子

Scripps研究所科学家们已经确定了两种蛋白质，可能是研究各种健康问题的重要目标，包括疼痛，耳聋和心脏和肾功能紊乱。

这项研究发表在科学表达，高级，在线版本的期刊科学，2010年9月2日。

在研究中，Scripps研究科学家识别两种蛋白质，它们从希腊语中命名为Piezo1和Piezo2，意思是“压力”，参与机械刺激的细胞反应。

“我们对这一发现非常兴奋，”Scripps Research教授Ardem Patapoutian说。“Piezo1和PieZo2可以在许多生物系统和疾病中具有关键功能。科学家们研究各种田野 - 痛苦和触摸，听觉，传感血压等一直在捕捉这些类型的蛋白质。“

Patapoutian实验室博士后研究员Bertrand Coste是这篇论文的第一作者，他说:“总的来说，我们的工作重点是研究哺乳动物如何感知诸如温度和压力等物理刺激。”在过去的10到15年里，Ardem Patapoutian的实验室和其他研究人员已经描述了离子通道，一种快速信号蛋白，它可以被温度变化激活，是热感觉所必需的。然而，直到现在，我们还不知道感知力或压力的蛋白质的身份。”

愿力量与我们同在

机械转导在生理学中起着重要而广泛的作用。在哺乳动物中,胚胎发育，触摸，疼痛，听力和肺生长是由机械组织调节的生物过程中。在植物中，机械力量强烈影响生长，单细胞生物，如纤毛感应触摸和改变方向。

许多研究小组已经观察到机械激活的阳离子电流，即直接对细胞膜施加压力而在细胞中产生的离子通量。通过在单细胞水平上的记录，这些通量导致电流，并具有被正电荷离子携带的特性，如钙(Ca^２＋)、钠(Na⁺）和钾（k⁺）。

据推测，木木路径的团体推出，离子通道必须运行以将机械力转换为化学信号。然而，没有鉴定脊椎动物机械活化的阳离子通道。因此，该集团在过去三年中致力于发现这些离子通道的精确标识。

致力于识别负责的蛋白质

为了鉴定参与机械调整的蛋白质，该团队筛选了几条细胞系，其表达与从原代细胞记录的那些类似的机械激活电流。通过测试实验室通常使用的不同细胞系 - 永生化细胞进行筛选，以研究许多生物过程在体外 - 用于表达机械活性电流。屏幕包括通过施加压力激活的单个细胞中的电流记录电流。

一旦识别出表达最一致机械激活电流的细胞系，Patapoutian实验室就开始从细胞中生成一组候选机械激活离子通道。为了做到这一点，Patapoutian实验室使用微阵列来寻找转录本，即带有转录代码的RNA。作为一个起点，该团队确定了近450个候选基因，并根据已知信息将它们排序为大约100个。

使用siRNA敲低测试每个候选者，用于抑制靶基因表达的分子生物学技术。在该过程中，对RNA信使选择性地引导小序列RNA，这导致其降解，从而抑制蛋白质的产生。压电1（最初称为FAM38A）的敲低导致机械激活电流的显着降低。许多动物，植物和其他真核生物含有一个单一的压电。脊椎动物有两个成员，Piezo1和Piezo2。

由于屏幕的速度相对较慢，“屏幕可能是最具挑战性的步骤，”凯斯特说。“我们使用Patch Clamp电生理学测试了每个候选者，这是一种耗时的技术。但这也是项目的力量，因为这种技术直接测定了机械手术过程，导致极少的误报。”诸如研究离子通道或在诸如神经元的易激池中的电信号中常用的贴片钳录制常用于诸如神经元的易激的细胞中，允许使用被探针移动的细胞进行精细机械刺激，该探针由微米步骤移动。

开设新研究途径

接下来，实验室团队进行了表达研究，以了解有关这两种蛋白质的更多信息。

科斯特解释说:“我们发现了一种编码蛋白质的基因，这种蛋白质在感知触摸和压力方面起着重要作用。”“这个DNA序列被插入到一个表达载体中，这是一种分子生物学工具，允许我们将其引入细胞系中，导致蛋白质在异种系统中的表达，以研究其功能。”

通过这种过度表达研究，科学家们表明，压电1和压电2都均诱导大型机械激活的电流。

最后，为了表征压电陶瓷在感觉触摸和疼痛的神经元中的表达，实验室团队在成年小鼠背根神经节切片上进行了原位杂交。压2在背根神经节神经元亚群中表达，同时也表达机械感觉神经元中的外周素和神经丝200。通过在这些神经元中使用siRNA敲低并测试机械敏感性，该团队能够得出结论:在背根神经节神经元中，需要压电体来快速适应机械激活的电流。

“识别涉及机械手机的压电家族是我们希望能够实现许多研究的第一步，”Coste说。“组织中的压电1和压电2蛋白的广泛表达模式将触发在各种机械敏感器官中的压电生理功能探索，例如肾脏，肺或耳朵。”

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