Результаты были опубликованы в четверг, 25 января, в журнале Science.Протоны определяют, является ли раствор кислотным или основным. Они устанавливают pH.
Неудивительно, что протоны не проникают через клеточные мембраны; они должны транспортироваться через мембрану через специальные белки, такие как ионные каналы.Хотя ген, кодирующий ионный канал, который позволяет протонам покидать клетки, был идентифицирован, было неизвестно, нужен ли один ген или несколько генов для формирования ионного канала, который позволяет протонам проникать в клетки. Теперь исследования кислого вкуса выявили, что семейство генов отопетринов кодирует протонпроводящие ионные каналы.Это семейство генов изначально было определено как важное для баланса: мышей с мутациями в otopetrin 1 (Otop1) называют наклоненными (tlt), потому что они не могут самостоятельно выпрямиться.
Функция кодируемого белка и почему мутации в гене вызывают вестибулярный дефект, неизвестны. Но при изучении вкусового восприятия группа под руководством Эмили Лиман, профессора биологических наук из Университета Калифорнии в Дорнсайфе, обнаружила, что Otop1 кодирует протонный канал, что дает намек на то, как отопетрин1 способствует функции и равновесию внутреннего уха.Поскольку кислый вкус — это восприятие кислых веществ с высокой концентрацией протонов, Лиман предсказал, что клетки с кислым вкусом имеют ионный канал, который реагирует на протоны или переносит их. Действительно, восемь лет назад ее лаборатория использовала биофизические подходы, чтобы показать, что протоны проникают в вкусовые клетки через специализированный протонный канал в клеточной мембране.
Ген, кодирующий этот канал, и структурные свойства протонного канала были неизвестны.Лаборатория Лимана использовала метод молекулярной генетики под названием RNAseq, чтобы определить, какие гены специфически экспрессируются в клетках кислого вкуса, а не в других типах вкусовых клеток. Затем аспирант Юй-Сян Ту тестировал гены-кандидаты один за другим, пока не нашел один, который продуцирует протон-проводящий белок при введении в клетки, не имеющие протон-проводящих каналов.
После того, как Юй-Сян проверил более трех дюжин кандидатов, Лиман почти сдался. «Когда Юй-Сян вызвал меня в лабораторию и показал данные по отопетрину, я не мог поверить, что мы, наконец, нашли его», — сказал Лиман. «Мы так долго искали».Помимо Otop1, есть еще два родственных гена у позвоночных (Otop2 и Otop3), и это семейство генов представлено у плодовой мушки Drosophila melanogaster. Отопетрины структурно отличаются от всех других ионных каналов, и все отопетрины образуют протонные каналы, что позволяет предположить, что эти протонпроводящие каналы эволюционно законсервированы. Каждый из отопетринов имеет определенное распределение во многих тканях, включая язык, ухо, глаз, нервы, репродуктивные органы и пищеварительный тракт.
В вестибулярной системе Otop1 необходим для образования и функционирования структур, называемых отокониями, которые представляют собой кристаллы карбоната кальция, которые воспринимают силу тяжести и ускорение. Исследователи предполагают, что отопетрины поддерживают pH, подходящий для образования отокониев, и что дефект у мышей tlt связан с нарушением регуляции pH.
В системе вкуса отопетрины могут участвовать в восприятии кислот как части восприятия кислого вкуса. Функция этих протонных каналов в других тканях неизвестна.
«Мы никогда и миллион лет не ожидали, что молекула, которую мы искали во вкусовых клетках, также будет найдена в вестибулярной системе», — сказал Лиман. «Это подчеркивает силу фундаментальных исследований».