Учёные раскрыли основы работы чувствительных к давлению белков Piezo
Команда учёных из Weill Cornell Medicine и The Rockefeller University выяснила основной механизм работы белков Piezo, которые служат в организме сенсорами механических стимулов, таких как прикосновение, наполнение мочевого пузыря и кровяное давление. Это достижение фундаментальной науки открывает новые пути для исследования роли белков Piezo в заболеваниях человека и потенциальных терапевтических стратегий.
В исследовании, опубликованном 21 августа в Nature, учёные использовали передовые методы микроскопии, чтобы получить изображения белка Piezo1 в состоянии покоя и при приложении механических сил. Они подтвердили сложную структуру этого белка и показали, как он преобразует механические стимулы в электрический сигнал.
«Наш анализ показывает, что натяжение клеточной мембраны, в которую встроен Piezo1, может уплощать и расширять структуру белка», — сказал соавтор исследования доктор Саймон Шройринг.
Piezo1 и Piezo2 — очень крупные и сложные белки с уникальной структурой. Они встроены в мембраны определённых типов клеток, и их функция — преобразовывать механическую силу, действующую на клетки, в электрические сигналы, изменяющие активность клеток. Например, Piezo1 работает в клетках мочевого пузыря, чтобы определять его наполнение, и в клетках, выстилающих кровеносные сосуды, чтобы обнаруживать и помогать регулировать изменения кровяного давления. Piezo2 работает в сенсорных нервных окончаниях кожи и суставов, опосредуя чувства осязания, боли и проприоцепции.
Структура Piezo1 (которую, как считается, в основном разделяет Piezo2) при виде сверху имеет трёхлучевую, пропеллерообразную форму («трискелион»). При виде сбоку она похожа на неглубокую чашу, встроенную в клеточную мембрану, с ионным каналом в центре. Этот канал при открытии позволяет потоку кальция и других положительно заряженных ионов поступать в клетку.
В новом исследовании учёные смогли получить более чёткую картину работы этого механизма. Они объединили крио-электронную микроскопию с менее известной методикой — высокоскоростной атомно-силовой микроскопией, которая создаёт изображение объекта, по сути, «ощупывая» его поверхность сверхчувствительным механическим зондом.
Эти методы показали, что Piezo1 — это упругая структура, которая обычно изгибает клеточную мембрану в месте своего нахождения, но уплощается, когда к мембране прикладывается механическая сила.
«По мере увеличения натяжения мембраны структура Piezo1 уплощается и растягивается, занимая большую площадь, что, в свою очередь, открывает ионный канал», — пояснил доктор Шройринг.
Он отметил, что и другие стимулы, растягивающие и уплощающие структуру Piezo1, в принципе, могут открывать ионный канал, делая его универсальным механизмом для широкого спектра типов клеток и физиологических функций, в которых он задействован.
Учитывая этот широкий диапазон типов клеток (в органах, включая лёгкие, мочевой пузырь, кишечник и поджелудочную железу, а также в кровеносных сосудах и сенсорной нервной системе), открытие основного механизма работы белков Piezo может привести к новым способам понимания и лечения многих заболеваний человека.
«Наше открытие приводит к множеству предсказаний о роли белков Piezo в заболеваниях, которые мы и другие исследователи теперь можем проверить», — заключил доктор Шройринг.