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鸭嘴兽为啥不耐热?中科院研究员探讨哺乳动物温感进化之旅
点击次数:950 公布日期:2019-6-3  来源:本站 仅供参考,谢绝转载,否则责任自负

辣椒素受体(transient receptor potential vanilloid 1,TRPV1)离子通道是哺乳动物面对高温警报的分子传感器,有着受热激活和高温介导失活的特性,因其在热活化(heat-induced activation,Ah)后紧跟着发生快速热脱敏(desensitization,Dh),导致其在继续热反应中的作用知之甚少。

科学院昆明动物研究所赖仞研究员和杨仕隆研究员,浙江大学杨帆教授以及加州大学戴维斯分校郑劼教授等人借助嵌合体构建、非自然氨基酸标志、荧光共振能量转移和变构构象仿照等技术,对小鼠TRPV1通道(mV1)和鸭嘴兽TRPV1通道(pV1)进行了比较研究,阐明了Dh的生理作用和结构基础。研究结果公布在5月14日的Nature Communications杂志,题目为“Molecular Basis for Heat Desensitization of TRPV1 Ion Channels”。

研究发现,小鼠mV1的N端和C端在Dh时存在相互作用,而鸭嘴兽pV1不具有这一特征,因此也不具有这一变构进程。当他们将小鼠mV1的N端和C端嫁接给pV1,进而构建携带大局部pV1结构的嵌合通道,命名为pV1_mNC,令人惊讶的是,对角野生型,pV1_mNC在40℃高温情况下同样体现出了Dh作用,换句话说,pV1_mNC的跨膜结构域能够撑腰Ah和Dh,鸭嘴兽pV1缺乏Dh的原因很可能来自N端或/和C端变化。

鸭嘴兽是地球上唯一的卵生哺乳动物,距今2500万年前就已出现,至今仍生活在澳大利亚,分布范围小。肥胖的身体、扁扁的嘴巴还有一双呆萌的小眼睛,它们大多数时间都待在水里,能在较冷的水域中坚持温暖,冬季不运动或冬眠。虽为哺乳动物但它们缺乏完善的体温调节能力,在情况温度降低到0℃时,其体温在20-30℃之间颠簸;当情况温度上升至30-35℃时,则失去热调节机制而死亡。

文章相同一作罗雷博士、王云飞博士及李博文博士为进一步探究TRPV1的结构变化模式是否影响哺乳动物耐热,通过添加差别长度的游离C端肽,在表征了mV1的Dh,并重新树立了远端N和C端模型后,弥补了已公布的单粒子冷冻电镜(cryo-EM)缺失的局部远端N和C。

比对pV1和别的哺乳动物TRPV1通道序列,在C端找出了几个高度鸭嘴兽特意的氨基酸位点,随即构建鸭嘴兽trpv1基因敲入小鼠(由赛业生物提供)——p-trpv1小鼠。除了N端和C端,TRPV1的转录水平以及别的已知的热感受相关通道都不发生改变。令人惊讶的是, 在甩尾和热板实验中,野生型小鼠比p-trpv1小鼠更加耐受长时程热刺激(45℃),而p-trpv1小鼠需要通过继续行走来规避热板刺激。不但如此,长时程的热板刺激使p-trpv1小鼠足底形成灼伤迹象,但对野生型小鼠并无显著影响。

研究揭示了TRPV1通道门控的变构性质在很大程度上决议了这些通道的生理功能。先前的KO小鼠研究证明TRPV1有助于哺乳动物热传感生理,但由于Dh和Ah进程的紧密耦合导致观察结果远不够清楚。但本实验所构建的转基因p-trpv1小鼠清楚地阐明了这一点,揭示了Dh对生活在高温情况中的哺乳动物具有重要的保护作用。鸭嘴兽作为最原始的哺乳动物之一,其TRPV1尚未进化出高温介导的“激活-失活”平均机制。因此鸭嘴兽对高于临界温度的情况极其敏锐,难以适应别的陆地生存情况,新TRPV1模型证明了热失活分子机制对哺乳动物进化的重要生物学意义。

原文检索:Molecular basis for heat desensitization of TRPV1 ion channels,Nature Communications

来源:赛业(广州)生物科技有限公司
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