三位著名華人科學家聯手合作 《Nature》發布首發性成果

瞬時感受器電位(TRP)離子通道 NOMPC 最初是在研究人員對共濟失調和感覺遲鈍的果蠅幼蟲進行遺傳篩查的過程中鑒別出來的，它是第一個明確與機械力傳導有關聯的TRP通道。近期來自加州大學舊金山分校的研究人員發表了最新成果，利用單粒子電子冷凍顯微鏡解析了果蠅NOMPC的原初原子結構。這一結構表明，NOMPC的ARs結構域能組裝成一種螺旋彈簧，這說明其作用是將細胞骨架機械位置與通道相連，這種構架結構指出了NOMPC將機械力轉化為電信號的分子基礎。

這一研究成果公布在6月26日的Nature雜誌上，文章的作者包括加州大學舊金山分校的程亦凡（Yifan Cheng）教授，以及詹裕農（Yuh-Nung Jan），葉公杼（Lily Yeh Jan）院士夫妻。程亦凡教授早年畢業於武漢大學，是結構生物學冷凍電鏡研究領域中功不可沒的一位華人科學家，他曾在2013年解析了近原子解析度膜蛋白TRPV1結構，成為冷凍電鏡領域的重大突破。詹裕農，葉公杼兩位教授被譽為「科學頂峰上的華人」，主要研究方向是離子通道。

包括感知，感覺，觸覺，平衡，加速度，聽覺和疼痛等的機械感覺依賴於機械傳導通道，這些通道能將機械刺激轉換成專門的感覺細胞電信號。這一研究領域中的一大核心問題在於傳導通道的門控調節，目前有兩大主要的模型，一類是膜張力模型：力是施加在膜上，產生膜張力的變化，從而令通道打開，如在細菌MscL通道和某些真核生物的鉀通道；另一類是系鏈模型（tether）：力是通過系鏈門控通道的。

在果蠅及線蟲中NOMPC分別是本體感受、輕觸及聽力，或機械感受的一種力學感受器，它可以作為研究機械力傳導的一種有用模型。NOMPC的一個標誌是其N-末端尾巴包含29個錨蛋白重複序列（ankyrin repeats，ARs），這對於它的功能至關重要。長AR鏈通常呈現一種線圈樣結構，連接微管。科學家們推測這些ARs有可能充當了繫繩將力傳送到了離子通道。此前詹裕農，葉公杼研究組曾解析過這一通道的結構，發現這些N-末端ARs形成了一個胞質結構域，並通過體內外實驗證實這一結構域是NOMPC機械門控性、觸覺受體神經元機械敏感性、及觸覺誘導果蠅幼蟲行為的必要條件。在機械感覺神經元中複製ARs可以延長連接NOMPC和微管的絲狀結構。此外，與微管連接是NOMPC機械門控性的必要條件。著名華人院士伉儷《Cell》新文章解析離子通道

分析NOMPC的作用機制，可以幫助了解系鏈模型，在這篇文章中，研究人員分析了關於NOMPC的一個關鍵機制：長鏈錨蛋白重複序列ARs如何作為系鏈被識別，從而啟動通道門控的。研究人員利用單粒子電子冷凍顯微鏡解析了果蠅NOMPC的原初原子結構。這一結構表明，NOMPC的ARs結構域能組裝成一種螺旋彈簧，這說明其作用是將細胞骨架機械位置與通道相連，這種構架結構指出了NOMPC將機械力轉化為電信號的分子基礎。

儘管人們早已認識到，冷凍電鏡有潛力達到原子級別的解析度，但現在要實現這一點還面臨著許多的挑戰。2013年兩項研究將單顆粒冷凍電鏡的解析度推向極限，展現了更精細的蛋白結構。

一項是英國劍橋MRC分子生物學實驗室的Sjors Scheres，在eLife雜誌上發表文章，解析了釀酒酵母80S核糖體的結構，解析度達到4.5 ?。作為一個非對稱性的顆粒，核糖體對於cryo-EM技術來說是一個比較困難的目標。Sjors Scheres領導研究團隊，通過FEI Falcon檢測器，成功獲得了該蛋白的高解析度結構。

另外就是程亦凡教授與David Agard，共同解析了嗜酸熱原體菌20S核糖體的結構，將cryo-EM的解析度提高到3.3 ?。

原文標題

Electron cryo-microscopy structure of the mechanotransduction channel NOMPC

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