Forskare vid The Scripps Research Institute (TSRI) har löst mysteriet med strukturen hos Piezo1, en medlem av en familj av proteiner som omvandlar fysiska stimuli som beröring eller blodflöde till kemiska signaler. Resultaten, publiceras idag i tidskriften Natur , peka på vägen mot sjukdomar där Piezo1 muteras, såsom uttorkad ärftlig stomatocytos och medfödda lymfödem.

"Denna struktur ger en grundläggande förståelse för hur proteiner känner av mekanisk kraft, och kommer att belysa regioner inom Piezo1 som kan riktas mot med hjälp av små molekyler eller antikroppar, " säger Ardem Patapoutian, Doktorsexamen, en TSRI -professor och Howard Hughes Medical Institute -utredare, som ledde den nya studien tillsammans med TSRI professor Andrew Ward, PhD.

Piezo1, och det närbesläktade Piezo2 -proteinet, upptäcktes i Patapoutian Lab 2010. Piezos är kända som en jonkanal – de släpper igenom joner genom en por som svar på en mekanisk stimulans (aka beröring). Dessa proteiner har hittats i olika celltyper och har redan visat sig vara nyckelspelare inom sensorisk neurobiologi och vaskulär fysiologi.

Tills nu, dock, forskare visste inte hur Piezo1 såg ut på strukturell nivå, dvs. hur dess delar går ihop.

Den nya studien, utförs med en högupplöst bildteknik som kallas kryo-elektronmikroskopi (cryoEM), visar att Piezo1 består av tre böjda "blad" som cirkulerar en central por. Forskarna tror att dessa blad rör sig som svar på mekanisk kraft, som öppnar och stänger poren för att släppa igenom joner för att skicka signalen att kommunicera beröring.

En balkliknande struktur fungerar som ryggraden för varje blad. En "ankardomän" omger poren där bladen möter mitten.

"Det är en vacker struktur, " säger Patapoutian. "De egenskaper som identifierats i denna studie ger oss lockande ledtrådar om hur denna jonkanal skulle känna av och svara på membranspänning."

Ward säger att Piezo1-strukturen är unik eftersom den verkar vara ett "allt-i-ett"-protein, vilket betyder att den inte behöver ansluta till andra proteiner eller cellstrukturer för att göra sitt jobb med att överföra en signal.

Nästa steg i denna forskning är att undersöka Piezo1s övergripande arkitektur och bestämma hur varje del fungerar. Forskare hoppas kunna titta på detta protein i olika konformationer förutom den slutna konformationen som ses i den aktuella studien.

"Detta ger oss ett bra tillfälle att undersöka hur kraftsensation, eller transduktion, fungerar verkligen, "säger Kei Saotome, Doktorsexamen, TSRI forskningsassistent och första författare till den nya studien.