Forskere opdager det grundlæggende i, hvordan trykfølende Piezo-proteiner virker

Forskere har taget et stort skridt fremad i at forstå, hvordan visse proteiner sanser og reagerer på mekaniske kræfter, såsom tryk, hvilket giver kritisk indsigt i, hvordan celler opfatter deres miljø og reagerer på ydre stimuli. Disse proteiner, kaldet Piezo-proteiner, spiller vitale roller i forskellige fysiologiske processer, herunder berøringsfølelse, hørelse og blodtryksregulering.

Ved hjælp af en kombination af avancerede teknikker har forskere ved University of California, San Francisco (UCSF) og Howard Hughes Medical Institute (HHMI) identificeret de vigtigste strukturelle elementer i Piezo-proteiner, der muliggør deres påvisning af mekaniske kræfter. Deres resultater, offentliggjort i tidsskriftet Nature den 8. februar 2023, kaster lys over de grundlæggende mekanismer, der ligger til grund for en afgørende klasse af sensoriske proteiner.

Piezoproteiner er ionkanaler indlejret i cellernes membraner. De fungerer som sensorer, der konverterer fysiske stimuli til elektriske signaler. Tidligere undersøgelser antydede, at Piezo-proteiner arbejder gennem strækningen af ​​specifikke domæner som reaktion på mekaniske kræfter, svarende til at strække en fjeder. De præcise strukturelle træk, der er ansvarlige for denne strækning, forblev dog uklare.

For at afhjælpe denne videnskløft gennemførte forskerholdet ledet af Dr. Ardem Patapoutian, en kendt ekspert inden for berøringsfølelse og piezoproteiner, en række eksperimenter. De brugte kryo-elektronmikroskopi til at fange billeder i høj opløsning af Piezo-proteiner i deres naturlige tilstand. Dette gjorde det muligt for dem at visualisere den tredimensionelle struktur af disse proteiner i hidtil uset detaljer.

Deres analyse afslørede, at Piezo-proteiner består af flere regioner kendt som "blade" og "pagajer." Disse strukturer fungerer som henholdsvis løftestænger og porte. Når mekaniske kræfter påføres bladene, bevæger de sig, hvilket udløser en ændring i skovlens konformation. Disse konformationsændringer styrer derefter åbningen og lukningen af ​​ionkanalen, hvilket i sidste ende konverterer det mekaniske signal til et elektrisk.

Holdets resultater giver et gennembrud i forståelsen af ​​de molekylære mekanismer af Piezo-proteiner og deres rolle i sansning af mekaniske kræfter. Denne viden vil ikke kun uddybe vores forståelse af fundamentale cellulære processer, men kan også åbne nye veje for terapeutiske interventioner rettet mod Piezo-proteiner og relaterede tilstande, for eksempel i behandlingen af ​​smerte eller hypertension.

Fremtidig forskning vil fokusere på yderligere at forfine vores forståelse af Piezo-proteiner og deres interaktioner med andre cellulære komponenter for fuldt ud at optrevle kompleksiteten af ​​mekanisk sansning i celler og væv.