Science：鉴定出保守的基因家族编码质子选择性离子通道

　　在一项新的研究中，来自美国南加利福尼亚大学多尼斯夫文学艺术科学学院（Dornsife College of Letters, Arts and Sciences）的研究人员发现了一类全新的离子通道。这些通道让质子（氢离子）进入细胞，在内耳平衡中发挥着重要的作用，并且存在于对酸味作出反应的味觉细胞中。相关研究结果于2018年1月25日在线发表在Science期刊上，论文标题为“An evolutionarily conserved gene family encodes proton-selective ion channels”。

　　质子控制溶液是酸性还是碱性。它们确定着溶液的pH值。毫不奇怪的是，质子不会穿过细胞膜；它们必须通过离子通道等特定蛋白跨膜转运。

　　尽管编码让质子离开细胞的离子通道的基因已被鉴定出，但是人们并不清楚是否需要一个或几个基因来形成让质子进入细胞的离子通道。如今，这项针对酸味的研究鉴定出编码质子传导离子通道的otopetrin基因家族。

　　这个基因家族最初被认为在保持身体平衡中起着重要的作用：基因Otop1（编码otopetrin 1蛋白）发生突变的小鼠不能够让它们自己保持直立。由这个基因编码的蛋白的功能以及它发生的突变导致内耳前庭系统缺陷的原因尚不清楚。但在研究味觉的过程中，由南加利福尼亚大学多尼斯夫文学艺术科学学院生物科学教授Emily Liman领导的一个研究团队发现Otop1编码的otopetrin 1蛋白是一种质子通道，从而为otopetrin 1如何促进内耳发挥功能和保持平衡提供了线索。

　　鉴于酸味是对具有较高质子浓度的酸性物质的感知，Liman预测酸味味觉细胞（sour taste cell）具有对质子作出反应的或者转运质子的离子通道。事实上，在八年前，她的实验室利用生物物理学方法证实质子通过细胞膜中的特定质子通道进入味觉细胞，但是编码这种质子通道的基因和这种质子通道的结构特性是未知的。

　　在这项新的研究中，Liman实验室利用一种被称作RNA测序（RNAseq）的分子遗传学技术鉴定出哪些基因在酸味味觉细胞中特异性表达，而不在其他类型的味觉细胞中表达。研究生Yu-Hsiang Tu随后逐个基因地测试候选基因，最终他发现一个基因当被导入到不产生任何质子传导通道的细胞中时会产生一种质子传导通道。

　　在Yu-Hsiang测试了36多个候选基因后，Liman几乎已放弃了。Liman 说，“当Yu-Hsiang叫我进实验室，给我看了下这些数据，我简直不敢相信我们终于找到了。我们寻找了这么多年。”

　　除了Otop1之外，在脊椎动物中还存在着两个相关的基因（Otop2和Otop3），而且这个基因家族也存在于黑腹果蝇中。otopetrin家族与所有其他的离子通道存在着结构上的差异，并且所有的otopetrin蛋白都会形成质子通道，这提示着这些质子传导通道在进化上是保守的。每种otopetrin蛋白在舌头、耳朵、眼睛、神经、生殖器官和消化道等多种组织中独特地分布着。

　　在内耳前庭系统中，Otop1是被称作耳石（otoconia）的结构形成和发挥功能所必需的，其中耳石是感测重力和加速度的碳酸钙晶体。这些研究人员猜测这些otopetrin蛋白是维持适合耳石形成的pH值，而且这些不能直立的小鼠存在的缺陷是由于pH值调节异常。

　　在味觉系统中，作为酸味感知的一部分，otopetrin蛋白可能参与感测酸性物质。这些质子通道在其他组织中的功能是未知的。

　　Liman说：“我们从未期待我们在味觉细胞中寻找的这种分子也会在内耳前庭系统中发现到。这突显了基础研究的力量。”