Berøringsfølelse er mer finjustert enn vi trodde
Av David Coppedge; 3. april 2024. Oversatt herfra

Bilde 1. Berøring av vann

"Strekk deg ut og berør noen." Noen husker kanskje den gamle TV -reklamen. Bell -telefon appellerte til det menneskelige behovet for kommunikasjon for å utvide virksomheten, og antydet at en telefonsamtale var den nest beste tingen i forhold til en klem eller håndtrykk. I en skala på fem størrelsesordrener mindre, liker celler også å nå ut og berøre sine naboer. De reagerer ikke med ører og fingre, men med kanaler som åpner for kontakt, noe som gjør at intercellulær kommunikasjon blir levende.
I en tidligere artikkel om aktiv transport- og selektivitetsfilter -lenke, undret vi oss over presisjonsinnretningen av aminosyrerester i CFTR -kanalen som benytter elektro-statiske krefter for å autentisere kloridioner som passerer gjennom et smalt "selektivitetsfilter" som kreves for innføring. CFTR -kanaler forblir åpne hele tiden for kloridion-kundene. Andre krever en berøring, som trykk på en knapp på en salgsautomat, for å aktiveres.

En biologisk piezoelektrisk effekt
En slik kanal har et interessant navn, Piezo2, som minner om den piezoelektriske effekten i fysikk der å bruke mekanisk stress på visse materialer genererer strøm. Du har kanskje sett en demonstrasjon av denne effekten når en fysikklærer slo på en kvartsstein med en hammer og genererte en gnist. På en beslektet måte, men med ulik fysikk, er Piezokanaler berøringsfølsomme, og er faktisk avgjørende for vår følelse av berøring.

Vi har mange Piezo1 -kanaler i huden vår, som reagerer ved kontakt, ved å åpne for at Ca2+ -ioner flommer inn i cellen, og utløser nevrale signaler tolket av hjernen som berøring. Piezo2-mangel syndromet -lenke, forårsaket av mutasjoner i Piezo2-genet, manifesterer seg som redusert berøringsfølelse og romfølelse (balanse), noe som fører til vanskeligheter med å gå og tap av koordinering. Piezo2 -kanalen har en merkelig form, med en kuppel av tre buede armer -lenke, som ser ut som propellblader.

Nyheter fra Max Delbrück Center -lenke legger til en partner til Piezo2.
"Hver klem, hvert håndtrykk, hver dyktig handling engasjerer seg og krever berøringsoppfatning. Derfor er det viktig å forstå den molekylære basisen for berøring. "Inntil nå hadde vi visst at ionekanalen - Piezo2 - blir bedt om berørings-oppfatning, men det var tydelig at dette proteinet alene ikke kan forklare hele berøringsfølelsen," sier professor Gary Lewin, sjef for molekylær fysiologi av somatisk følelses Lab på Max Delbrück Center.

Bilde 2. Membaraner med vannkanaler

I over 20 år har Lewin studert den molekylære basisen i berøringsfølelsen. Han og teamet hans har nå oppdaget en ny ionekanal, kalt Elkin1, som spiller en viktig rolle i berøringsoppfatningen. Dette er bare den andre ionekanalen som er involvert i berørings-oppfatningen."
Som andre ionekanaler er Elkin1 alt annet enn enkel. Den inneholder 7 transmembranproteiner med en veldefinert struktur og selektivt filter. Lewins team, som publiserte sine funn i Science -lenke, la først merke til at mus uten funksjonelt Elkin1 ofte hadde redusert berøringsfølsomhet. Så sjekket de for å se om de to mekanisk aktiverte (MA) kanalene samarbeidet. Merkelig nok gjorde de det ikke - i det minste ikke direkte. Elkin1 samhandler i stedet med Stoml3, en modulator av Piezo2 -følsomhet. Ytterligere tester avdekket en samarbeidende rolle i de tre proteinene som tillater respons på LavTerskelMekanoreseptoRer (LTMR-er).
"Våre data støtter en modell der Elkin1 og Piezo2 -kanaler deler roller i sensorisk mekanotransduksjon i LTMR-er og hvor begge kanalene kan moduleres av Stoml3. Det er bevis på at Stoml3 også kan modulere MA-strømmer i nociceptorer, noe som er i samsvar med en rolle for Elkin1 for å gi robusthet til C-fiber-svarene på trykk. Identifiseringen av Elkin1 som en mekanisk inngjerdet ionekanal som er nødvendig for somatosensorisk funksjon øker vår forståelse av hele berørings-overføringen."
Samarbeidet mellom disse tre aktørene gir dyr et bredt spekter av berøringsfølsomhet, fra et rask lett berøring til konstant press på smertepunktet. Ta-med-hjem-leksjonen er at følelsen av berøring nå ser mer sammensatt og mer finjustert ut, enn tidligere tenkt. En mekanoreceptor er ikke nok for utsøkte svar på berøring, enten det er en klem, håndtrykk eller effektfull handling.

Berøringsfølsomme vevsreparatører
En åpen tilgangsartikkel av et team fra Yale i Science Advances -lenke forteller om en annen oppdagelse i Mechano-følelsen. Makrofager, en del av immunforsvaret, ligger i den ekstracellulære matrisen i mange vev. Når de opplever en forstyrrelse i styrken, smyger de lik amøber til reparasjonsstedet. Idet de har DNA -legitimasjon, kan de også be kjernen sende forsterkninger.

"Vevsresidente makrofager spiller viktige roller i vevshomeostase og reparasjon. Hvordan makrofager overvåker og opprettholder vevsintegritet er imidlertid ikke godt forstått. Den EkstraCellulære Matrisen (ECM) er en viktig strukturell og organisatorisk komponent i alt vev. Her finner vi at makrofaser føler de mekaniske egenskapene til ECM for å regulere et spesifikt vevsreparasjons-program. Vi viser at makrofag-mekanosensering er mediert av cytoskeletal ombygging og kan utføres i tredimensjonale miljøer gjennom en ikke-kanonisk, integrin innendørs iboende mekanisme, som er analog med amøbe-migrasjon. Vi finner at disse cytoskeletitets-dynamikkene også integrerer biokjemisk signalering, ved koloni-stimulerende faktor 1 og til slutt regulerer kromatin tilgjengelighet, for å kontrollere det mekanosensitive genuttrykksprogrammet. Denne studien identifiserer en "amøboid" -modus for ECM -mekanosensning, gjennom hvilken makrofager kan regulere vevsreparasjon og fibrose."

Bilde 3. Elektrisk spenningnivå i celler

Lysosomer: organeller med mekanosensitive kanaler
Ikke alle mekanosensitive kanaler bor på de ytre lipidmembranene til celler. Her er en på membranen til en viktig organelle: lysosomet. Li et al., publisert i Nature -lenke (åpen tilgang), utforsket et protein som heter TMEM63 som fungerer i en mekanosensitiv kanal på membranene til lysosomer. Erika Reider og Dejian Ren, som kommenterer denne artikkelen i samme artikkel, beskriver lysosomet som "en viktig organelle med en sur pH som fordøyer og resirkulerer cellulære materialer takket være mer enn 50 fordøyelses-enzymer og mange transporter." Nå viser en av disse delene seg å være en intercellulær mekanosensitiv ionekanal.

Bilde 4. Mekaniske krefter kan måle, inni cellene til bananfluer

Fordi lysosomer er innebygd i signalnettverk med andre organeller, virker det fornuftig at de ofte føler behov for å nå ut og berøre noen. Det travle interiøret i en celle gjør kontakter uunngåelige og hyppige. En figur i kommentaren viser mekaniske stimuli som påvirker lysosomets membran på forskjellige måter. TMEM3 -kanalene samhandler med signaler fra andre organeller som mitokondrier, peroksisomer, endoplasmatisk retikulum (ER) via deres tetheringsproteiner, effektorer og transportører -lenke: Mikrotubuler, bært av motoriske proteiner; Endosomer som kommer inn fra det ytre; Næringssensorer via MTORC1 -banen; og muligheter for mekaniske signaler fra V-ATP-roterende motorer innebygd i den lysosomale membranen. (V-ATPases, forresten, roterer på samme måte som ATP-syntase, men hydrolyserer ATP for protoner for å forsure det indre av lysosomet.) En politiker kunne knapt trykke flere hender enn denne kontaktfølsomme TMEM63-kanalene gjør konstant!

Li's team var i stand til å måle elektriske strømmer i disse TMEM63 -kanalene, noe som virkelig er bemerkelsesverdige, gitt at de målte konduktans på membranen til bittesmå organeller som respons på mekaniske krefter inne i cellene til bananfluer! De målte til og med trykket som utløste svarene. Hvilke fantastiske tider vi lever i, hvor slike målinger er mulig, og vi kan avbilde molekylære maskiner. Teamet undersøkte også sammenlignbare kanaler kalt TMEM63A i mus, en av tre pattedyrs motsvarigheter, som også ble funnet i kroppene våre. Det ble ikke laget noen merknad til evolusjon, annet enn å merke seg at alle disse homologene er "evolusjonært bevart" - dvs. uutviklet.

Reider og Pure anser dette som en banebrytende oppdagelse moden for mer forskning:

"Li et al. Studie åpner en ny grense i lysosomal fysiologi. Som med mange andre banebrytende funn, gir det også flere spørsmål enn svar. Hvordan åpnes lysosomal TMEM63 med mekanisk kraft? Samhandler den funksjonelt eller fysisk med andre, bedre kjente lysosomale kanaler for å koordinere lysosomal fysiologi og cellulær signalering? Hvordan regulerer en mekanosensningskanal en lysosomal funksjon så grunnleggende som substratfordøyelse? Er kanalen også regulert av organelle- membranlipider og ekstracellulære signaler, for eksempel næringsstoffer og vekstfaktorer? Til slutt er mekanismene for å føle mekanisk kraft via plasmamembraner - noe irriterende for fysiologer - svært ulikt mellom celler og på tvers av arter. Brukes mekanismene av lysosomer mer ensartet? Med den nylig funnet rollen til TMEM63, er det håp om at disse spørsmålene kan besvares om kort tid."

Bilde 5. Darwin hadde ikke tilgang til samme type apparatur

Svar vil komme fra ingeniører som spesialiserer seg på biofysikk. Det er den typen forskning som er fordelaktig for ID, der forskere undersøker et fenomen under forutsetning av at hvis noe eksisterer og fungerer, har det et formål.

Oversettelse, via google oversetter, og bilder ved Asbjørn E. Lund