分子弹簧产生苍蝇的触觉和听觉感

随着感官的去，没有什么比我们的触觉更直接和具体。因此，令人惊讶的是，在分子水平上，我们的触觉仍然知之甚少。我们的每一种感官都依赖于“受体”分子，这些分子将光，声和运动等信号转化为电脉冲，让神经传递到大脑。科学家对眼睛中的受体如何将光转化为视觉有了相当完整的理解，并且他们已经绘制了许多口鼻中的蛋白质，将化学信号转化为气味和味道。

但仍然神秘的是“机械感受器”，它可以检测细胞的运动，从而产生我们的触觉和听觉，甚至可以通过我们的静脉来检测我们身体的位置和血液流动。

现在，加州大学旧金山分校的科学家们已经精确地绘制了一种叫做NOMPC(发音为“nomp-see”)的蛋白质复合物，它可以作为从果蝇到鱼类和青蛙的动物的机械感受器。该结构于2017年6月26日在“自然”杂志上发布，揭示了一种机器，它依赖于四个微小的弹簧，将复合物系在细胞的“骨架”上并对其运动作出反应。

尽管在我们这样的哺乳动物中没有发现NOMPC，但新的结构使科学家能够更好地理解可能让我们自己的感觉细胞检测到触觉的微妙机器。

特别是，负责人类听觉的渠道 - 通过在空中汲取微妙的振动而起作用 - 迄今为止已经回避了详细的研究。如果像某些科学家所假设的那样，系留受体对我们的听觉负责，那么它很可能像NOMPC一样起作用。

弹簧可以微调通道的灵敏度

由于最近在称为单粒子电子低温显微镜的技术方面的技术突破，NOMPC受体被如此详细地绘制。David Agard博士和Yifan Cheng博士的实验室，他们都是加州大学旧金山分校的霍华德休斯医学研究员和生物化学与生物物理学教授，他们为这项技术的分辨率及其对蛋白质成像能力的巨大改进作出了重大贡献，如NOMPC，坐在细胞膜上。

使用这种技术，NOMPC受体被揭示为一组四个相同的蛋白质，位于细胞膜中，每个蛋白质都有一条弹簧状的系绳进入细胞。

NOMPC受体的功能长期以来一直是该研究的另一位资深作者Yuh Nung Jan博士的实验室，他是加州大学旧金山分校的霍华德休斯医学研究员和生理学教授。Jan实验室以前的实验表明，受体不会对膜单独的运动产生反应，但细胞骨架中的较大运动 - 允许细胞保持其形状的结构纤维网络 - 导致束打开，形成细胞膜上的一个洞。带电离子通过孔冲入细胞，产生电脉冲，向神经系统发出信号。

先前映射的触摸受体在细胞膜中自由漂浮，仅在细胞表面的特定斑块改变形状时才响应。但是新的结构数据显示NOMPC的弹簧状系绳可能如何将其与细胞骨架联系起来，从而可能使受体感知到细胞形状的远处变化。

“这是第一个被详细模拟的系留受体，”Jan Jin实验室博士后彭金博士说，他是这项研究的主要作者之一。“我们惊讶地发现大自然已经创造了自己的微小弹簧，将受体与细胞骨架联系起来。”

你拉它吗?推它?麻烦吗?

为了充分了解像NOMPC这样的渠道是如何打开和关闭的，科学家必须在开放和封闭状态下观察通道的结构。对于像我们的视网膜那样的光响应的蛋白质，或者像我们的鼻子和嘴里的化学物质，这是相对容易的，因为它们可以分别通过光束或化学清洗远程触发。但协调机械感官的蛋白质 - 如触摸和听觉 - 必须通过微观力量直接拉动或扭曲打开。这对于科学家来说是一种受控制的方式具有挑战性。

“对所有这些单个分子施加定向力是很困难的，”Cheng实验室的博士后David Bulkley和该研究的另一位主要作者说。“我们不知道哪个方向会激活频道 - 你拉它，你推它，你扭曲它吗?”

为了解决这个问题，科学家们正在寻找方法来强制开放通道 - 也许是通过找到一种能够结合并锁定蛋白质的分子，或者通过产生粘在“开放”位置的蛋白质的突变形式。

与此同时，该团队还致力于生成蛋白质的计算模型。他们获得的高分辨率结构将帮助他们详细模拟系绳处于拉伸状态时会发生什么。