新方法提供了对钾通道张力敏感性的见解

使用新型延时系统进行的实验表明,钾通道对膜张力的响应表现出滞后现象。

离子通道活性根据作用于细胞膜内离子通道的机械应力而变化,但是直接测量复杂细胞膜内的这种变化是困难的。

现在,福井大学的研究人员开发了一种简化的模型系统,该系统允许实验者测量膜张力和离子通道活性的相关变化。他们的实验已经证明了钾通道对膜张力的反应存在滞后现象。

离子通道在细胞生理学中起着不可或缺的作用,了解影响离子通道功能的物理特征是生物学家非常感兴趣的问题。鉴于机械敏感性是细胞的内在特征,在任何时候作用于细胞的复杂机械应力**代表了细胞生理学领域中的重要考虑因素。实际上,有时需要由机械应力产生的拉伸力来激活离子通道。正如岩本正彦教授和福井大学大内志子教授所解释的那样,“机械应力会改变细胞膜的张力水平,并且膜中的拉伸激活离子通道会介导与张力相关的电转导”。

最近的实验表明,张力敏感性是离子通道的特性,而不是历史上归类为“机械敏感性”通道的特性,生物物理学家通常将张力敏感性视为离子通道的固有特性。然而,阐明这种张力敏感性的生理相关性和分子机制的努力取决于实验方法的建立,这些方法允许实验者实时评估膜张力的动态变化。

为了满足Iwamoto和Oiki教授日益增长的需求集中于开发一种用于测量膜张力的新型延时系统。在他们的实验中,他们通过对接两个单层衬里的气泡形成双层,并使用Young-Laplace原理评估张力,以测量低于100帕斯卡的气泡内压力。这种新颖的实验方法的优点是依赖于由纯化通道和简单脂质双层组成的简单模型系统。该模型允许实验者避免具有多种离子通道和辅助蛋白的真实细胞膜的难以控制的复杂性。实验装置允许实时监测膜张力。

KcsA离子通道是用于理解离子通道结构-功能关系的原型离子通道。通道在双层中起作用,考虑到在实际细胞活动期间发生的膜张力的快速变化,同时记录KcsA离子通道的动态响应性,这是一个重要的优势。这些实验揭示了一种新的张力敏感性作用模式,在现有文献中没有先例。他们的结果出现在最近发表在同行评审期刊JACS Au上的一篇论文中。生命科学

有趣的是,KcsA离子通道对膜张力敏感,并对其波动作出快速反应。一个值得注意的观察结果是离子通道对增加的膜张力的响应与它们对降低的膜张力的响应显着不同。在拉伸阶段期间,通道仅在膜张力达到高水平时才开始激活。在张力降低阶段,即使恢复到低水平的张力后,它们仍保持活跃一段时间。此功能称为磁滞现象,这意味着通道分子可以在短时间内“记忆”其活动状态。

总之,岩本教授o和Oiki开发了一种延时系统,用于测量膜张力,同时记录原型离子通道的动态响应性。他们的发现揭示了一个滞后过程,他们注意到“扩展了张力敏感通道机制的现有知识,这些通道在各种细胞活动中起着关键作用。”

因此,本研究既作为基础离子通道研究新方法的证明,又作为离子通道机理的基础研究,都具有重要意义。滞后作为KcsA离子通道功能特征的见解对于药物发现研究可能是有价值的。

参考

原始论文标题:通过延时张力测量揭示的张力敏感K+通道的滞后/Journal JACS Au,DOI:10.1021/jacsau.0c00098

资料来源:福井大学

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