北大学者Nature子刊发布新型机械力敏感离子通道作用机制

　　

来自北京大学分子医学研究所、北京大学-清华大学生命科学联合中心的研究人员发表了题为“Structure of the mechanosensitive OSCA channels”的文章，解析了对机械力敏感的OSCA通道的结构，并报导了新型机械力敏感离子通道OSCA的鉴定、结构解析与机制。

这一研究成果公布在9月6日的Nature Structural & Molecular Biology杂志上，文章的通讯作者为北京大学分子医学研究所陈雷、北京大学定量生物学中心宋晨和复旦大学生命科学学院闫志强，第一作者为章明锋。

这项研究鉴定并解析了机械力敏感的非选择性离子通道OSCA的原子分辨率（3.5Å）冷冻电镜结构，揭示了OSCA通道的组装模式，并通过突变体的电生理研究及分子动力学模拟，推测了该通道可能的工作机制。

机械力是一种能够被生物体感知的物理信号。生物体通过种类繁多的机械力感受器来感受这种信号。机械力敏感的离子通道（mechanosensitive ion channel）就是一种在所有生物体内都存在的机械力感受器，它们可以把机械力这种力学信号转化为电信号。根据机械力感受机制的差异，人们把这些离子通道分为两大类，分别可以感受膜传递的机械力（比如Piezo，K2P，MscL等）及感受细胞骨架传递的机械力（比如NOMPC）。有些机械力敏感的离子通道和渗透压感受及应激相关，比如细菌中的MscL等通道。此前有研究报道，拟南芥中的OSCA1.1及OSCA1.2通道与渗透压的感受相关。

在这项研究中，陈雷研究组首先通过在inside-out膜片钳记录电极内施加负压的方式证明拟南芥的OSCA1.1是一个压力敏感的非选择性离子通道。进一步地，通过微管多聚抑制剂及锥形磷脂Lyso-PC处理后电流的变化，证明该离子通道是通过感受膜传递的机械力而激活的。

陈雷研究组随后通过冷冻电镜的方法解析了该通道在3.5Å的结构。该结构清晰的显示了OSCA1.1通道是个同源二聚体，每个亚基有11个跨膜螺旋。令人惊讶的是该通道M1-M10跨膜螺旋的结构与TMEM16家族蛋白的结构很相似，但没有序列同源性。TMEM16家族成员包括了钙离子激活的氯离子通道及钙离子激活的磷脂翻转酶等。

通过结构分析及宋晨研究组的分子动力学模拟研究，作者们推测了OSCA孔道区的位置，并发现两个位于所推测的孔道区的突变可以改变OSCA单通道电导，从而进一步验证了孔道区的位置。陈雷组又鉴定了拟南芥中的OSCA3.1蛋白是一种可以感受更高压力范围的机械力敏感的离子通道，并解析了其分辨率为4.8Å的结构。该结构和OSCA1.1 通道的结构极为相似。

通过序列比对及突变，作者们发现了OSCA3.1与OSCA1.1在M0上的两个不同的氨基酸可能与其感受不同的压力范围有关。作者们还通过与TMEM16A通道不同门控状态下的结构进行比较及突变体的电生理记录，发现了M6螺旋可能在OSCA响应机械力而开放的过程中会发生与TMEM16A相似的构象变化（复旦大学的闫志强实验室在电生理实验方面提供了部分支持）。

上述结果与宋晨研究组分子动力学模拟中所发现的膜表面张力刺激下的通道扩张和跨膜螺旋的构象变化相符合。从而，作者们提出了该新型机械力敏感的离子通道的工作机制模型。

原文标题：

Structure of the mechanosensitive OSCA channels

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