清华团队揭示机械敏感离子通道PIEZO1的结构与门控机制

清华团队揭示机械敏感离子通道PIEZO1的结构与门控机制

引用

澎湃

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清华大学肖百龙、李雪明、田博学团队在国际知名期刊《Neuron》发表最新研究成果，揭示了机械敏感离子通道PIEZO1的不同结构状态和门控转变机制，为理解其生理功能提供了重要线索。

PIEZO1是一种特殊的机械敏感离子通道，能够直接将细胞膜的张力和曲率转化为阳离子的渗透。它在毫秒级时间内被激活，随后快速失活，这种快速的开关特性使其在多种生理和病理过程中发挥重要作用。然而，PIEZO1的具体结构状态和门控机制一直是个谜。

图片来源：机理模式图（图源自Neuron）

研究团队通过解析PIEZO1的结构，发现其在无张力状态下呈现弯曲的三聚体结构，这种结构可能代表关闭状态。当受到膜力作用时，PIEZO1会转变为扁平结构，但这种结构可能代表失活状态而不是完全打开状态。为了捕捉PIEZO1的开放状态，研究人员设计了一个开放倾向的突变体S2472E，成功解析了PIEZO1的中间开放结构。

研究发现，与关闭和失活状态相比，中间开放结构呈现出部分扁平的叶片、向下旋转的帽盖以及类似弹簧压缩的连接件。这些结构变化导致帽门和疏水跨膜门打开，而细胞内侧的塞门保持关闭。通过分子动力学模拟和电生理实验，研究团队进一步验证了封闭、中间开放和失活三种结构状态，并确定了PIEZO1机械激活的关键结构域和残基。

这项研究不仅揭示了PIEZO1通道蛋白的精细结构变化，还为理解其门控机制提供了重要线索，为相关疾病的治疗提供了新的思路。

本文原文来自澎湃新闻