灭活MscS的脱敏作用、失活状态以及抗张力安全机制

《Biophysical Journal》：Desensitization, inactivation, and the tension-proof safety mechanism of inactivated MscS

　　

摘要

MscS是细菌中主要的低阈值张力激活型渗透压物质释放通道。它可单独作用，也可与高阈值的MscL协同作用，调节细胞的膨压，并在渗透压骤降时保护细胞免于机械性破裂。该通道具有复杂的适应性行为，包括脱敏和完全失活，这两种状态都在相对较低的张力下出现。目前存在争议的是，当MscS的张力感应螺旋结构展开远离通道开口时所呈现的通常观察到的非导电状态，究竟对应于关闭状态还是失活状态。在本研究中，我们利用膜片钳电生理学中的特殊压力实验方法，明确了可逆适应（脱敏）与失活之间的差异。我们发现，失活状态的通道即便在极高的张力作用下也无法重新激活，这种状况一直持续到膜片钳实验的稳定性极限。这一结果与张等人通过冷冻电子显微镜的研究结果一致，他们通过环糊精去除脂质，使展开状态的纳米盘重组MscS（PDB编号：6VYK）处于极高张力状态，观察到一种新的扁平但显然仍为非导电的结构（PDB编号：6VYM）。为了表征这两种状态，我们进行了从初始展开结构到扁平结构的定向分子动力学模拟，证实两者之间存在平滑的构象过渡路径，且在整个过渡过程中这些结构都保持高度脱水状态且完全不导电。数据表明，初始的展开结构符合失活状态的所有特征：在极高张力作用下仅发生变形而不会打开。通过结合膜片钳实验与基于冷冻电子显微镜数据的模拟，我们证明了失活状态的MscS能够抵抗激活，从而在张力超过激活阈值时维持膜屏障功能。

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