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研究人员将新的跨膜蛋白鉴定为氯离子通道

在人体中,细胞及其周围的盐含量受到复杂运输系统的调节。细胞膜中的特殊通道选择性地允许盐离子流入和流出细胞。由FMP和MDC的Thomas Jentsch教授领导的研究小组现在已经确定了以前未知离子通道的分子成分。

包裹细胞和细胞器的膜通常对于诸如盐离子的带电粒子是不可渗透的。但是存在漏洞:跨膜蛋白可以形成通过离子的通道。在大多数情况下,这种离子通道在接收传输的特定信号(例如电压或信号分子)时打开或关闭。通道通常专门用于仅允许特定离子(例如氯离子,钾离子或钠离子)通过。

由Leibniz-ForschungsinstitutfürMolekularePharmakologie(FMP)的Thomas Jentsch教授和亥姆霍兹联合会(MDC)的MaxDelbrück分子医学中心领导的研究小组现已确定了一种新的跨膜蛋白TMEM206作为新的氯离子通道。其特征在于迄今为止独特的活化机制:当细胞环境中的pH水平降低时,通道打开并允许氯化物(取决于细胞类型)流出或进入细胞。这种类型的离子通道可能在心脏病发作,中风和肿瘤的发展中起作用,因为这些疾病伴随着受影响组织中的酸化。

在大海捞针中寻找针

目前研究的起点是称为ASOR(酸敏感外向整流阴离子通道)的离子通道。十多年前,电生理学研究已经检测并表征了各种脊椎动物细胞中pH调节的氯化物电流。“但是潜在渠道的结构仍然未知。当时,技术尚未发展到足以进行全基因组筛选以识别它。我们现在已经发现了编码形成ASOR通道的蛋白质的基因,”教授解释说。 Thomas Jentsch,MDC和FMP离子运输生理学和病理学研究组组长。

完成这项研究花了大约四年时间。许多方法必须进行调整或新开发。例如,该团队设计了一种特殊的光学检测分析,用于ASOR通道的功能,与高通量方法兼容。

为了搜索与ASOR通道相关的DNA序列,研究人员进行了siRNA筛选。这涉及使用小片RNA(小干扰RNA或siRNA)在培养细胞中逐个系统地关闭基因,然后分析功能后果。

他们还采用了CRISPR-Cas9技术和改变通道特性的突变,以确认这样鉴定的基因实际上是编码通道的。“对于我们来说,FMP的筛选单位是我们的直接邻居,非常有帮助,因为FMP的筛选单位是我们的直接邻居,”Jentsch说。“那里有很多机器人用来吸取样品,它配备了自动细胞培养系统。”筛选单元的siRNA文库包含所有20,000个人类基因的siRNA,每个基因必须单独评估。为了安全起见,进行了三次运行,最终总共需要生物信息分析60,000个单独的结果。

TMEM206的识别只是一个开始

“鉴于TMEM206作为ASOR通道的核心组成部分是一项重大突破。这为最终揭开该通道目前未知的生理作用打开了大门,”Jentsch总结道。氯离子是体内最重要和最普遍的电解质之一。它们的浓度可以在细胞外空间,细胞质和各种细胞内细胞器之间显着变化。细胞膜形成带负电荷的氯化物的屏障,但特殊的膜蛋白使其能够穿过该屏障。氯离子沿着浓度梯度通过通道移动,或者通过与其他离子偶联,可以通过转运蛋白主动泵送穿过膜。氯离子通道具有非常多样化的生物功能。

潜在的蛋白质在分子上也非常多样化。它们根据细胞和生物体的需要以多种方式调节氯化物的转运。

有强有力的证据表明ASOR通道在酸诱导的细胞死亡中起作用。只有当细胞外环境非常酸性时,通道才允许氯离子通过。尽管在每个哺乳动物细胞中都存在通道,但这仅在少数特定细胞类型中或在诸如中风或心脏病或肿瘤内的病理条件下发生。然而,ASOR在疾病中发挥有害作用的事实并不能解释为什么它在所有哺乳动物细胞中都存在。

Jentsch说,还有许多悬而未决的问题。通道的pH依赖性强烈有什么意义?为什么所有细胞显然都有这个ASOR通道?通道位于细胞内的确切位置?它是否也存在于酸性细胞器中,如溶酶体和内体?为了进一步阐明ASOR的结构和生理功能,该研究小组开发了针对TMEM206的抗体,并且正在产生其中通道基因被破坏的小鼠。他们想知道在哪个细胞中表达通道蛋白以及它在细胞中的确切位置。在未来,他们也希望通过使用他们的鼠标模型来阐明生理功能。

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