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机械敏感性离子通道作为将机械刺激转化为化学信号或生物电信号的分子开关,在血管压力调节,渗透压改变、听觉、平衡、触觉、痛觉等生命活动的机械信号传导过程中起着重要作用。TREK-1作为双孔钾离子通道家族的一员,是第一个在分子水平上被鉴定的哺乳动物细胞机械敏感性离子通道。TREK-1通道通过产生背景电流来稳定细胞静息膜电位,调控细胞的兴奋性。众多研究数据表明,TREK-1在癫痫、抑郁、麻醉、痛觉感知、血管缺血的神经保护等生理活动中发挥重要作用。然而TREK-1对机械刺激的响应机制仍然不是很清楚。在本课题中,我们探究了 TREK-1响应机械刺激的信号传递过程。电生理分析表明,△Ct/TREK-1几乎丧失机械敏感特性。但是,我们将TREK-1的C-末端替换到非机械敏感的K2P通道TWIK-1上构建嵌合体TWIK-1(1-264)/CtTREK-1后,发现该嵌合体可以获得机械敏感特性。同时,TWIK-1的C-末端并不能使△Ct/TREK-1重新感受机械刺激。上述结果证明TREK-1的C-末端是决定其机械敏感性的关键区域。进而,我们发现靠近TM4的1299位点的突变导致TREK-1机械敏感性的剧烈下降,显示其是C-末端感受机械刺激的关键位点。那么,C-末端又是如何将机械信息传递到孔道区域并激活通道的呢?我们通过序列比对、定点突变等方法发现在TM4上有一个保守的甘氨酸(G281)也参与了机械传导过程。将G281突变成侧链体积更大的氨基酸(G281V,G281L,G281C)后,结果显示这些突变体都极大地降低了对机械刺激的响应。同时,我们发现TREK-1的孔道螺旋2(PH2)末端靠近选择过滤阀(SF)附近的L249位点,与G281位点在空间构象上距离较近,也是影响机械传递的关键位点。与G281相反,我们将L249突变成其它侧链体积更小的氨基酸(L249G,L249C)后,提高了TREK-1的机械敏感性。考虑到G281位于TM4螺旋的转折位点,我们认为机械刺激可以通过G281和L249之间空间构象变化影响TM4,PH2和SF区域并改变通道特征。基于同源家族TREK-2的晶体结构分析,我们发现位于TM2上的铰链位置的保守氨基酸G166,以及位于孔道螺旋1(PH1)的末端靠近选择性过滤阀(SF)附近的氨基酸1140,也在空间构象上相互靠近。电生理检测显示它们具有和G281和L249相类似的功能,都参与了 TREK-1机械信号的传递。根据以上结果,我们提出了一个TERK-1的机械门控模型。在这个模型中,机械刺激传递到C-末端,C-末端的构象变化通过1299传递到与其连接的TM4,进而通过G281的构象改变传递到位于孔道螺旋2(PH2)的L249位点,参与激活通道;机械传导过程中G281也会影响位于TM2的G166,G166通过类似的构象变化,将机械信息传递到孔道螺旋1(PH1)的1140,导致选择过滤阀SF的构象变化,最终激活通道。