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校（UCSF）の研究者は、ピエゾタンパク質が機械シグナルを電気信号に変換する基本的なメカニズムを明らかにしました。 Nature誌に掲載された彼らの発見は、圧力感覚の分子基盤に光を当て、さまざまな疾患のピエゾタンパク質を標的とする潜在的な治療的介入への道を開きます。
ピエゾタンパク質は、イオンが細胞膜を横切ることを可能にするイオンチャネルであり、細胞の電位を変化させます。以前の研究では、ピエゾタンパク質が機械的刺激を感知して反応する機械感覚ニューロンの必須成分として特定されていました。ただし、これらのタンパク質が機械的力を電気信号に変換する方法の正確なメカニズムはとらえどころのないままでした。
現在の研究では、研究者は哺乳類の2つの既知のピエゾタンパク質の1つであるPiezo1に焦点を合わせました。原子レベルでタンパク質を視覚化するための最先端の技術であるCryo-Electron顕微鏡（Cryo-EM）を使用して、研究者は異なる立体構造でPiezo1の詳細な画像をキャプチャしました。これにより、機械的な力に応じて発生する重要な構造変化を特定することができました。
研究者は、Piezo1がプロペラのような構造を形成する3つのブレードで構成されていることを発見しました。機械的な力が適用されると、これらのブレードは互いに比較的回転し、チャネルが開き、イオンが流れます。この立体構造の変化は、分子スイッチのように作用する「ゲーティングスプリング」と呼ばれるタンパク質の特定の領域によって引き起こされます。
「ゲーティングスプリングは、2つのブレードを接続する柔軟なリンカーであることがわかりました」と、UCSFの細胞および分子薬理学の教授であるYifan Cheng博士は説明します。 「力が加えられると、このリンカーが伸び、ブレードの回転とチャネルの開口部につながります。」
この研究は、ピエゾタンパク質が機械センサーとしてどのように機能するかを理解するための構造的基盤を提供します。ピエゾタンパク質を標的とする薬物の発生に影響を与える可能性があり、機械感受性を調節し、慢性疼痛、難聴、心血管疾患などの状態の新しい治療につながる可能性があります。
「私たちの発見は、ピエゾタンパク質がどのように機能し、人間の健康と病気におけるこれらのタンパク質の役割を調査するための新しい道を開くことについての理解を進めています」とチェン博士は言います。
