美科學家:首次揭開人體細胞生物感測器分子機制

    美國加州大學洛杉磯分校的研究人員6日表示，他們首次發現了人體細胞生物感測器分子的機理，為複雜的細胞控制系統提出了新的闡述。相關內容將以“本週論文”的形式刊登在6月10日出版的《生物化學雜誌》上，該成果有望幫助人們開發出應對高血壓病和遺傳性癲癇症等疾病的特殊療法。  

    人體細胞控制系統能夠引發一系列的細胞活動，而生物感測器是人體細胞控制系統的重要組成部分。被稱為“控制環”的感測器能夠在細胞膜上打開特定的通道讓鉀離子流通過細胞膜，如同地鐵入站口能夠讓人們進入站臺的回轉欄。鉀離子參與了人體內關鍵活動，如血壓、胰島素分泌和大腦信號等的調整。然而，控制環感測器的生物物理功能過去一直未為人們所了解。  

    如同能夠監視周圍環境並能發出聲信號的煙霧報警器，細胞能夠通過了解變化和產生反應的分子感測器來控制細胞內的環境。

    研究人員發現，當鈣離子與控制環結合時，構成了被稱為BK通道的細胞內部結構，細胞作出的反應是允許鉀離子通過細胞膜。BK通道存在於人體多數細胞中，它們掌控著基本的生物過程，如血壓、大腦和神經系統電信號、膀胱肌肉收縮和胰腺胰島素分泌等。

    加州大學洛杉磯分校研究人員首次證明控制環如何被激活，以及如何重新調整自己以便打開讓鉀離子穿過細胞膜的通道。利用實驗室中先進的電生理學、生化和光譜儀技術，研究人員觀察到鈣離子與控制環的結合以及控制環結構的變化。該變化是其將鈣離子結合的化學能轉化為幫助打開BK通道的機械能。

    研究負責人、洛杉磯分校麻醉學系分子醫學部副教授裏卡多·奧爾塞斯 (Riccardo Olcese)表示，在類似于活細胞的條件下，他們能夠控制發生在生物感測器中的生物物理變化。他們相信細胞中的變化反應了人體中BK通道運行時分子的活動情況。

    研究報告作者安諾希·賈沃荷瑞恩 (Anoosh D. Javaherian)認為，人體分子生物感測器是令人興奮的研究領域，希望研究成果能夠讓人類更深入地了解複雜的生物感測器是如何運作的。由於BK通道和其感測器與正常生理機能的許多方面相關，因此研究人員還相信，生物感測器工作過程也許與疾病的不少方面也相關，例如，已證明BK感測器的失常與遺傳性癲癇病有關。  

    研究人員將進一步了解BK控制環感應器以及通道是否涉及傳感小分子(而不是鈣離子)，這些小分子在人體工作中同樣也具有十分重要的生物意義。   


科技日報  2011/06/09  毛黎

相關連結

• UCLA scientists identify how major biological sensor in the body works (UCLA)
• Metal-driven Operation of the Human Large-conductance Voltage- and Ca2+-dependent Potassium Channel (BK) Gating Ring Apparatus (the Journal of Biological Chemistry)