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新的合成跨膜离子通道可通过两种方式激活

东京工业大学(Tokyo Tech)和东京大学的科学家首次合成了一种新型的人工跨膜离子通道,该通道以自然发现的跨膜通道为模型,该通道涉及神经元信号传导,对化学和电学都产生了反应。刺激。鉴于其整体特性,该人工通道为细胞运输和信号传导的新基础研究,药物开发的新可能性以及新型生物传感器的潜力打开了大门。

跨膜离子通道是保持复杂生物系统微妙平衡的关键。这些是嵌入细胞膜内的超分子或多分子离子和分子交换途径,以确保进出细胞的基本化学转运并促进细胞信号传导。

近年来,模仿自然离子通道结构和功能的合成生物分子引起了分子生物学研究人员的广泛兴趣,作为研究这些离子通道基本原理的模型,也许甚至创造了替代药物或开发了先进的生物传感器。

然而,尽管已经开发了几种良好的合成离子通道,但是它们中的大多数仅通过单个刺激即可激活,而科学家称之为“各向异性双重刺激响应”或没有一种可以通过两种特定类型的离子激活和控制的通道。刺激取决于膜内结构的偏向。这限制了该领域的研究范围。

现在,终于,东京科技大学和东京大学的一组科学家成功地合成了一种类似于天然各向异性双刺激响应通道的生物分子:瞬态受体电位褪黑素8(TRPM8),它是体内信号传输的基础。神经元。他们的频道称为VF,其突破发表在《化学学会杂志》上。

VF是一种多嵌段两亲性分子(既具有亲水性(亲水性)又具有亲脂性(亲脂性)特性)分子,可以组装形成超分子通道。嵌段中的每个单元均包含具有六个氟原子的亲脂性/疏水性有机基团,这些氟原子将其定位在细胞膜的脂质双层中并赋予其极性;磷酸酯基团,可确保结构的取向偏向(磷酸酯侧朝向细胞外空间);以及在疏水单元之间和在末端上的有助于刺激响应的柔性乙二醇亲水链。

科学家对这种结构的研究表明,通过操纵施加电压的极性和幅度,可以激活通道。该团队的首席科学家Kazushi Kinbara教授解释说:“在不施加电压的情况下,VF的疏水单元会互相排斥,因此它们在空间上会彼此分离,不会形成透明且功能性的跨膜离子通道。当施加电场向量与VF的极性反平行的电压时,会发生电子分布在VF内的位移,从而削弱了疏水单元之间的排斥力并增强了它们的面对面堆积。

科学家发现,第二种刺激与磷酸酯和疏水单元之间的配体(R)-普萘洛尔的结合有关。正如Kinbara教授解释的那样:“(R)-普萘洛尔是一种已知能阻断电压门控钠通道的抗心律失常药物。此外,我们先前的研究表明,它与磷酸酯基团和芳香族单元相互作用,位于通道孔内并阻断离子交通。这就是为什么我们选择它作为学习的原因。” 他们的核磁共振波谱显示了它在磷酸盐位点的结合,并且它完全抑制了电流流动并因此抑制了VF的离子通道活性。通过添加β-环糊精将其去除可重新激活通道。Kinbara教授说:“诸如此类的可逆配体结合是通过调节跨膜离子通道维持体内稳态的关键。VF的高度调节的取向允许对该配体分子的各向异性反应。” “随着我们在这项研究中的成功,现在有巨大的潜力来感知和操纵各种生物学上重要的事件。”

确实,通过合成适合生物系统中普遍存在的可变细胞环境的VF,也许在分子生物学领域出现了新的研究可能性。

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