高度な技術の組み合わせを使用して、カリフォルニア大学サンフランシスコ（UCSF）とハワードヒューズ医療研究所（HHMI）の研究者は、機械的力の検出を可能にするピエゾタンパク質内の重要な構造要素を特定しました。 2023年2月8日にNature誌に掲載された彼らの調査結果は、感覚タンパク質の重要なクラスの根底にある基本的なメカニズムに光を当てました。
ピエゾタンパク質は、細胞の膜に埋め込まれたイオンチャネルです。それらは、物理的刺激を電気信号に変換するセンサーとして機能します。以前の研究では、ピエゾタンパク質が、春の伸びと同様に、機械的な力に応じて特定のドメインの伸びを介して機能することが示唆されました。ただし、このストレッチの原因となる正確な構造的特徴は不明のままでした。
この知識のギャップに対処するために、タッチセンセーションとピエゾタンパク質の分野の有名な専門家であるArdem Patapoutian博士が率いる研究チームは、一連の実験を実施しました。彼らは、クリオエレクトロン顕微鏡を使用して、自然状態のピエゾタンパク質の高解像度画像をキャプチャしました。これにより、これらのタンパク質の3次元構造を前例のないディテールで視覚化することができました。
彼らの分析により、ピエゾタンパク質は「ブレード」および「パドル」として知られる複数の領域で構成されていることが明らかになりました。これらの構造は、それぞれレバーとゲートとして機能します。機械的な力が刃に適用されると、それらは動き、パドルの立体構造の変化を引き起こします。これらの立体構造の変化は、イオンチャネルの開閉を制御し、最終的に機械的信号を電気信号に変換します。
チームの調査結果は、ピエゾタンパク質の分子メカニズムと機械的力の感知におけるその役割を理解するためのブレークスルーを提供します。この知識は、基本的な細胞プロセスの理解を深めるだけでなく、たとえば痛みや高血圧の治療において、ピエゾタンパク質や関連する状態を標的とする治療的介入の新しい道を開くこともできます。
将来の研究では、ピエゾタンパク質の理解と他の細胞成分との相互作用をさらに改善し、細胞や組織の機械的センシングの複雑さを完全に解明することに焦点を当てます。
