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) afsløret de grundlæggende mekanismer, hvorved Piezo-proteiner omdanner mekaniske signaler til elektriske signaler. Deres resultater, offentliggjort i tidsskriftet Nature, kaster lys over det molekylære grundlag for trykfornemmelse og baner vejen for potentielle terapeutiske indgreb rettet mod Piezo-proteiner i forskellige sygdomme.

Piezoproteiner er ionkanaler, der tillader ioner at strømme hen over cellemembranen, hvilket ændrer cellens elektriske potentiale. Tidligere undersøgelser havde identificeret Piezo-proteiner som essentielle komponenter i mekanosensoriske neuroner, som fornemmer og reagerer på mekaniske stimuli. Den nøjagtige mekanisme for, hvordan disse proteiner konverterer mekanisk kraft til elektriske signaler, forblev imidlertid uhåndgribelig.

I den aktuelle undersøgelse fokuserede forskerne på Piezo1, et af de to kendte Piezo-proteiner i pattedyr. Ved hjælp af kryo-elektronmikroskopi (cryo-EM), en banebrydende teknik til at visualisere proteiner på atomniveau, fangede forskerne detaljerede billeder af Piezo1 i forskellige konformationer. Dette gjorde det muligt for dem at identificere vigtige strukturelle ændringer, der opstår som reaktion på mekanisk kraft.

Forskerne fandt ud af, at Piezo1 er sammensat af tre blade, der danner en propellignende struktur. Når der påføres mekanisk kraft, roterer disse blade i forhold til hinanden, hvilket får kanalen til at åbne sig og tillade ioner at strømme. Denne konformationsændring udløses af en specifik region af proteinet kaldet "gatefjederen", som fungerer som en molekylær switch.

"Vi fandt ud af, at portfjederen er en fleksibel linker, der forbinder to af bladene," forklarer seniorforfatter Dr. Yifan Cheng, professor i cellulær og molekylær farmakologi ved UCSF. "Når der påføres kraft, strækkes denne linker, hvilket fører til rotation af knivene og åbning af kanalen."

Denne undersøgelse giver et strukturelt grundlag for at forstå, hvordan Piezo-proteiner fungerer som mekaniske sensorer. Det kan have konsekvenser for udviklingen af ​​lægemidler, der er målrettet mod Piezo-proteiner for at modulere mekanosensation, hvilket potentielt kan føre til nye behandlinger for tilstande som kroniske smerter, høretab og hjerte-kar-sygdomme.

"Vores resultater fremmer vores forståelse af, hvordan Piezo-proteiner virker, og åbner nye veje til at udforske disse proteiners rolle i menneskers sundhed og sygdom," siger Dr. Cheng.