细胞膜结构 清华学者提出细胞对机械力“感知”的精巧机制(2)

Piezo1通道整体呈现三聚体三叶螺旋桨状结构(图2a），其羧基端约350个氨基酸组成中心的控制离子通透的中心孔道部分，其氨基端的2200个氨基酸组成外周的特征性结构域，包括“桨叶”（blade）、“长杆”（beam）以及“锚定区”（anchor）(图2a-c)。

虽然Piezo1蛋白并不包含重复性序列，肖百龙等学者却惊奇地发现其外周桨叶部分由共9个重复性的、以4次跨膜区为基础的结构单元串联而成。他们把这一特征性的结构域命名为Transmembrane Helical Unit(THU)，这也恰好是清华大学的英文缩写。而在Ardem Patapoutian和Andrew Ward的论文中，这种结构被命名为Piezo repeats。在拓扑结构上，Piezo1蛋白以每个亚基包含38次跨膜区、总计114次跨膜区的形式，组装成目前已知的跨膜次数最多的一类膜蛋白复合物(图2b-c)。

在三维结构的胞内部分，存在着长约90 Å的特征性beam结构，其将远端桨叶区连接到中心孔道区部分的CTD以及anchor结构域(图2b-c)。肖百龙认为这是Piezo通道将外周桨叶部分所感知的机械力变化有效传递到中心孔道部分的重要结构基础。结构显示beam区存在着不均一的相对位移，即远端的运动位移更大，而靠近中央成孔区只显示轻微的位移变化。细胞膜结构因此，Piezo1结构的构象变化契合了杠杆作用原理。他们的电生理功能研究数据进一步支持了其提出的Piezo1通道以杠杆原理进行机械力感知的机制。

肖百龙博士告诉《知识分子》，以上研究成果有力地推动了对Piezo通道结构特征与分子机制的理解。他们还发现Piezo诸多与人类遗传疾病（例如Piezo1、Piezo2基因突变分别导致红细胞干瘪综合症以及远端关节扭曲症）相关的氨基酸突变，集中在beam-CTD-Anchor的相互作用界面，为下一步深入理解这些遗传疾病突变如何导致Piezo通道功能失常提供了重要线索。