隨著感官的去，沒有什么比我們的觸覺更直接和具體。因此，令人驚訝的是，在分子水平上，我們的觸覺仍然知之甚少。我們的每一種感官都依賴于“受體”分子，這些分子將光，聲和運(yùn)動(dòng)等信號轉(zhuǎn)化為電脈沖，讓神經(jīng)傳遞到大腦?？茖W(xué)家對眼睛中的受體如何將光轉(zhuǎn)化為視覺有了相當(dāng)完整的理解，并且他們已經(jīng)繪制了許多口鼻中的蛋白質(zhì)，將化學(xué)信號轉(zhuǎn)化為氣味和味道。

但仍然神秘的是“機(jī)械感受器”，它可以檢測細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生我們的觸覺和聽覺，甚至可以通過我們的靜脈來檢測我們身體的位置和血液流動(dòng)。

現(xiàn)在，加州大學(xué)舊金山分校的科學(xué)家們已經(jīng)精確地繪制了一種叫做NOMPC(發(fā)音為“nomp-see”)的蛋白質(zhì)復(fù)合物，它可以作為從果蠅到魚類和青蛙的動(dòng)物的機(jī)械感受器。該結(jié)構(gòu)于2017年6月26日在“自然”雜志上發(fā)布，揭示了一種機(jī)器，它依賴于四個(gè)微小的彈簧，將復(fù)合物系在細(xì)胞的“骨架”上并對其運(yùn)動(dòng)作出反應(yīng)。

盡管在我們這樣的哺乳動(dòng)物中沒有發(fā)現(xiàn)NOMPC，但新的結(jié)構(gòu)使科學(xué)家能夠更好地理解可能讓我們自己的感覺細(xì)胞檢測到觸覺的微妙機(jī)器。

特別是，負(fù)責(zé)人類聽覺的渠道 - 通過在空中汲取微妙的振動(dòng)而起作用 - 迄今為止已經(jīng)回避了詳細(xì)的研究。如果像某些科學(xué)家所假設(shè)的那樣，系留受體對我們的聽覺負(fù)責(zé)，那么它很可能像NOMPC一樣起作用。

彈簧可以微調(diào)通道的靈敏度

由于最近在稱為單粒子電子低溫顯微鏡的技術(shù)方面的技術(shù)突破，NOMPC受體被如此詳細(xì)地繪制。David Agard博士和Yifan Cheng博士的實(shí)驗(yàn)室，他們都是加州大學(xué)舊金山分校的霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究員和生物化學(xué)與生物物理學(xué)教授，他們?yōu)檫@項(xiàng)技術(shù)的分辨率及其對蛋白質(zhì)成像能力的巨大改進(jìn)作出了重大貢獻(xiàn)，如NOMPC，坐在細(xì)胞膜上。

使用這種技術(shù)，NOMPC受體被揭示為一組四個(gè)相同的蛋白質(zhì)，位于細(xì)胞膜中，每個(gè)蛋白質(zhì)都有一條彈簧狀的系繩進(jìn)入細(xì)胞。

NOMPC受體的功能長期以來一直是該研究的另一位資深作者Yuh Nung Jan博士的實(shí)驗(yàn)室，他是加州大學(xué)舊金山分校的霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究員和生理學(xué)教授。Jan實(shí)驗(yàn)室以前的實(shí)驗(yàn)表明，受體不會對膜單獨(dú)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生反應(yīng)，但細(xì)胞骨架中的較大運(yùn)動(dòng) - 允許細(xì)胞保持其形狀的結(jié)構(gòu)纖維網(wǎng)絡(luò) - 導(dǎo)致束打開，形成細(xì)胞膜上的一個(gè)洞。帶電離子通過孔沖入細(xì)胞，產(chǎn)生電脈沖，向神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)出信號。

先前映射的觸摸受體在細(xì)胞膜中自由漂浮，僅在細(xì)胞表面的特定斑塊改變形狀時(shí)才響應(yīng)。但是新的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示NOMPC的彈簧狀系繩可能如何將其與細(xì)胞骨架聯(lián)系起來，從而可能使受體感知到細(xì)胞形狀的遠(yuǎn)處變化。

“這是第一個(gè)被詳細(xì)模擬的系留受體，”Jan Jin實(shí)驗(yàn)室博士后彭金博士說，他是這項(xiàng)研究的主要作者之一。“我們驚訝地發(fā)現(xiàn)大自然已經(jīng)創(chuàng)造了自己的微小彈簧，將受體與細(xì)胞骨架聯(lián)系起來。”

你拉它嗎?推它?麻煩嗎?

為了充分了解像NOMPC這樣的渠道是如何打開和關(guān)閉的，科學(xué)家必須在開放和封閉狀態(tài)下觀察通道的結(jié)構(gòu)。對于像我們的視網(wǎng)膜那樣的光響應(yīng)的蛋白質(zhì)，或者像我們的鼻子和嘴里的化學(xué)物質(zhì)，這是相對容易的，因?yàn)樗鼈兛梢苑謩e通過光束或化學(xué)清洗遠(yuǎn)程觸發(fā)。但協(xié)調(diào)機(jī)械感官的蛋白質(zhì) - 如觸摸和聽覺 - 必須通過微觀力量直接拉動(dòng)或扭曲打開。這對于科學(xué)家來說是一種受控制的方式具有挑戰(zhàn)性。

“對所有這些單個(gè)分子施加定向力是很困難的，”Cheng實(shí)驗(yàn)室的博士后David Bulkley和該研究的另一位主要作者說。“我們不知道哪個(gè)方向會激活頻道 - 你拉它，你推它，你扭曲它嗎?”

為了解決這個(gè)問題，科學(xué)家們正在尋找方法來強(qiáng)制開放通道 - 也許是通過找到一種能夠結(jié)合并鎖定蛋白質(zhì)的分子，或者通過產(chǎn)生粘在“開放”位置的蛋白質(zhì)的突變形式。

與此同時(shí)，該團(tuán)隊(duì)還致力于生成蛋白質(zhì)的計(jì)算模型。他們獲得的高分辨率結(jié)構(gòu)將幫助他們詳細(xì)模擬系繩處于拉伸狀態(tài)時(shí)會發(fā)生什么。