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鑒定出一類保守的基因家族編碼質子選擇性離子通道
最近更新時間：2018-5-18
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在一項新的研究中，來自美國南加利福尼亞大學多尼斯夫文學藝術科學學院（Dornsife College of Letters, Arts and Sciences）的研究人員發(fā)現了一類全新的離子通道。這些通道讓質子（氫離子）進入細胞，在內耳平衡中發(fā)揮著重要的作用，并且存在于對酸味作出反應的味覺細胞中。相關研究結果于2018年1月25日在線發(fā)表在Science期刊上，論文標題為“An evolutionarily conserved gene family encodes proton-selective ion channels”。
圖片來自Yu-Hsiang Tu和Emily Liman。
質子控制溶液是酸性還是堿性。它們確定著溶液的pH值。毫不奇怪的是，質子不會穿過細胞膜；它們必須通過離子通道等特定蛋白跨膜轉運。
盡管編碼讓質子離開細胞的離子通道的基因已被鑒定出，但是人們并不清楚是否需要一個或幾個基因來形成讓質子進入細胞的離子通道。如今，這項針對酸味的研究鑒定出編碼質子傳導離子通道的otopetrin基因家族。
這個基因家族zui初被認為在保持身體平衡中起著重要的作用：基因O*（編碼otopetrin 1蛋白）發(fā)生突變的小鼠不能夠讓它們自己保持直立。由這個基因編碼的蛋白的功能以及它發(fā)生的突變導致內耳前庭系統(tǒng)缺陷的原因尚不清楚。但在研究味覺的過程中，由南加利福尼亞大學多尼斯夫文學藝術科學學院生物科學教授Emily Liman領導的一個研究團隊發(fā)現O*編碼的otopetrin 1蛋白是一種質子通道，從而為otopetrin 1如何促進內耳發(fā)揮功能和保持平衡提供了線索。
鑒于酸味是對具有較高質子濃度的酸性物質的感知，Liman預測酸味味覺細胞（sour taste cell）具有對質子作出反應的或者轉運質子的離子通道。事實上，在八年前，她的實驗室利用生物物理學方法證實質子通過細胞膜中的特定質子通道進入味覺細胞，但是編碼這種質子通道的基因和這種質子通道的結構特性是未知的。
在這項新的研究中，Liman實驗室利用一種被稱作RNA測序（RNAseq）的分子遺傳學技術鑒定出哪些基因在酸味味覺細胞中特異性表達，而不在其他類型的味覺細胞中表達。研究生Yu-Hsiang Tu隨后逐個基因地測試候選基因，zui終他發(fā)現一個基因當被導入到不產生任何質子傳導通道的細胞中時會產生一種質子傳導通道。
在Yu-Hsiang測試了36多個候選基因后，Liman幾乎已放棄了。Liman 說，“當Yu-Hsiang叫我進實驗室，給我看了下這些數據，我簡直不敢相信我們終于找到了。我們尋找了這么多年。”
除了O*之外，在脊椎動物中還存在著兩個相關的基因（Otop2和Otop3），而且這個基因家族也存在于黑腹果蠅中。otopetrin家族與所有其他的離子通道存在著結構上的差異，并且所有的otopetrin蛋白都會形成質子通道，這提示著這些質子傳導通道在進化上是保守的。每種otopetrin蛋白在舌頭、耳朵、眼睛、神經、生殖器官和消化道等多種組織中*地分布著。
在內耳前庭系統(tǒng)中，O*是被稱作耳石（otoconia）的結構形成和發(fā)揮功能所必需的，其中耳石是感測重力和加速度的碳酸鈣晶體。這些研究人員猜測這些otopetrin蛋白是維持適合耳石形成的pH值，而且這些不能直立的小鼠存在的缺陷是由于pH值調節(jié)異常。
在味覺系統(tǒng)中，作為酸味感知的一部分，otopetrin蛋白可能參與感測酸性物質。這些質子通道在其他組織中的功能是未知的。
Liman說：“我們從未期待我們在味覺細胞中尋找的這種分子也會在內耳前庭系統(tǒng)中發(fā)現到。這突顯了基礎研究的力量