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離子通道蛋白相當(dāng)于細(xì)胞內(nèi)的小電池,它是所有思維產(chǎn)生和肌肉收縮的基礎(chǔ).現(xiàn)在,科羅拉多州立大學(xué)的科學(xué)家們進(jìn)行了一項(xiàng)開創(chuàng)性的研究,他們發(fā)現(xiàn)離子通道蛋白也充當(dāng)了其他蛋白在確定運(yùn)輸路徑之前的重要停靠站.

該大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程學(xué)院的助理教授Diego Krapf,以及生物醫(yī)學(xué)學(xué)院的教授Mike Tamkun將他們的這一新研究發(fā)表在了Molecular Biology of the Cell雜志上.Emily Deutsch是這篇文章的并列*作者,他從大一開始進(jìn)行這項(xiàng)研究,并剛今年5月份取得了他的學(xué)士學(xué)位.
這一基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)能幫助科學(xué)家們解決一個(gè)難題,即：離子通道基因的特定突變?nèi)绾螌?dǎo)致了癲癇癥和其他神經(jīng)疾病或心臟疾病的發(fā)生,如中風(fēng)和高血壓等.
離子通道是位于所有神經(jīng)細(xì)胞膜上的孔,它可以調(diào)控電活動(dòng),并且是神經(jīng)系統(tǒng)信息傳遞的通道.干擾這些離子通道則會(huì)擾亂這些信息的流動(dòng),例如用*（Lidocaine）藥物來堵塞離子通道,即可以防止牙疼的感覺進(jìn)入大腦.另外,Tamkun教授用辣椒素（Capsaicin）處理他的同伴后,辣椒中的活性成分會(huì)使他們感覺很熱,這主要是由于可以感受溫度的神經(jīng)細(xì)胞表面的特定離子通道被開啟了.人們食用胡椒時(shí)會(huì)感覺疼痛,也是因?yàn)槟切┥窠?jīng)細(xì)胞可以與痛覺通路相.
現(xiàn)在,Tamkun和Krapf發(fā)現(xiàn)了一定的神經(jīng)細(xì)胞除了作為細(xì)胞內(nèi)電流的監(jiān)督者之外,還發(fā)揮了其它重要作用,它們可作為其他細(xì)胞膜蛋白的“交通樞紐”或“?？空?rdquo;,幫助細(xì)胞傳遞這些蛋白到需要它們的地方.利用單分子檢測(cè)技術(shù),研究人員捕捉了離子通道的動(dòng)態(tài)影像,即這些通道形成“站臺(tái)”,吸引蛋白,并將這些蛋白安置在站臺(tái)上的過程.這類似于先把蛋白像牛群一樣圈在一個(gè)地方,再進(jìn)行分配.
科學(xué)家們暗示這些“站臺(tái)”的發(fā)現(xiàn)對(duì)我們理解中風(fēng)等疾病是十分關(guān)鍵的,因?yàn)樵陲@微鏡下,中風(fēng)患者的神經(jīng)細(xì)胞表面存在很明顯的崩裂.到目前為止,他們僅研究了人類60種離子通道中的一種,但對(duì)鈉通道和鈣通道的研究也正在進(jìn)行中.
Tamkun 說：“離子通道的基因突變導(dǎo)致了神經(jīng)系統(tǒng)和心臟的疾病,但在很多情況下,我們不知道這些突變對(duì)離子通道的運(yùn)輸能力產(chǎn)生了什么作用,所以想了解這些通道除了能傳遞電流之外,是否還具有其它的功能.我們發(fā)現(xiàn)了在活細(xì)胞中標(biāo)記這些通道的方法,因此可以用高能顯微鏡捕捉它們的運(yùn)動(dòng)影像.并zui終發(fā)現(xiàn)：這些通道可以在細(xì)胞表面形成特殊的蛋白投遞平臺(tái),并決定哪種蛋白具體要被派送到哪里.”
Krapf 說：“我們渴望知道離子通道蛋白是如何到達(dá)并離開細(xì)胞膜表面的.早在幾年前,我們就認(rèn)為如果能同時(shí)看到這些分子,那會(huì)是多么的棒！但是當(dāng)時(shí)我們不知道怎樣來了解它們的運(yùn)動(dòng).”
“現(xiàn)在,我們終于得到了關(guān)于這些通道功能的新發(fā)現(xiàn)：它們可以先形成一個(gè)站臺(tái),之后傳遞信號(hào)給細(xì)胞,告訴它應(yīng)該如何分配站臺(tái)上的其它蛋白質(zhì).”
這是一個(gè)跨學(xué)科的研究,它包括了細(xì)胞生物學(xué)、細(xì)胞光學(xué)成像,以及對(duì)分子活躍和隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的分析.物理學(xué)家Krapf主要負(fù)責(zé)捕捉和分析分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng),而Tamkun則專注于細(xì)胞組成和行為的研究.
Tamkun 提到：“不同學(xué)科的研究人員加強(qiáng)合作,或許更容易產(chǎn)生重大的發(fā)現(xiàn).”