美国加州大学洛杉矶分校的研究人员6月6日表示，他们首次发现了人体细胞生物传感器分子的机理，为复杂的细胞控制系统提出了新的阐述。相关内容将以“本周论文”的形式刊登在6月10日出版的《生物化学期刊》（JBC）上，该成果有望帮助人们开发出应对高血压病和遗传性癫痫症等疾病的特殊疗法。
人体细胞控制系统能够引发一系列的细胞活动，而生物传感器是人体细胞控制系统的重要组成部分。被称为“控制环”的传感器能够在细胞膜上打开特定的通道让钾离子流通过细胞膜，如同地铁入站口能够让人们进入站台的回转栏。钾离子参与了人体内关键活动，如血压、胰岛素分泌和大脑信号等的调整。然而，控制环传感器的生物物理功能过去一直未为人们所了解。
如同能够监视周围环境并能发出声信号的烟雾报警器，细胞能够通过了解变化和产生反应的分子传感器来控制细胞内的环境。
研究人员发现，当钙离子与控制环结合时，构成了被称为BK通道的细胞内部结构，细胞作出的反应是允许钾离子通过细胞膜。BK通道存在于人体多数细胞中，它们掌控着基本的生物过程，如血压、大脑和神经系统电信号、膀胱肌肉收缩和胰腺胰岛素分泌等。
加州大学洛杉矶分校研究人员首次证明控制环如何被激活，以及如何重新调整自己以便打开让钾离子穿过细胞膜的通道。利用实验室中先进的电生理学、生化和光谱仪技术，研究人员观察到钙离子与控制环的结合以及控制环结构的变化。该变化是其将钙离子结合的化学能转化为帮助打开BK通道的机械能。
研究负责人、洛杉矶分校麻醉学系分子医学部副教授里卡多·奥尔塞斯表示，在类似于活细胞的条件下，他们能够控制发生在生物传感器中的生物物理变化。他们相信细胞中的变化反应了人体中BK通道运行时分子的活动情况。
研究报告作者安诺希·贾沃荷瑞恩认为，人体分子生物传感器是令人兴奋的研究领域，希望研究成果能够让人类更深入地了解复杂的生物传感器是如何运作的。由于BK通道和其传感器与正常生理机能的许多方面相关，因此研究人员还相信，生物传感器工作过程也许与疾病的不少方面也相关，例如，已证明BK传感器的失常与遗传性癫痫病有关。
研究人员将进一步了解BK控制环感应器以及通道是否涉及传感小分子（而不是钙离子），这些小分子在人体工作中同样也具有十分重要的生物意义。（生物谷Bioon.com）
生物谷推荐原文出处：
Journal of Biological Chemistry DOI:10.1074/jbc.M111.235234
Metal-driven Operation of the Human Large-conductance Voltage- and Ca2+-dependent Potassium Channel (BK) Gating Ring Apparatus
Anoosh D. Javaherian, Taleh Yusifov, Antonios Pantazis, Sarah Franklin, Chris S. Gandhi and Riccardo cese
Large-conductance voltage- and Ca2+-dependent K+ (BK, also known as MaxiK) channels are homo-tetrameric proteins with a broad expression pattern that potently regulate cellular excitability and Ca2+ homeostasis. Their activation results from the complex synergy between the transmembrane voltage sensors and a large (>300 kDa) C-terminal, cytoplasmic complex (the “gating ring”), which confers sensitivity to intracellular Ca2+ and other ligands. However, the molecular and biophysical operation of the gating ring remains unclear. We have used spectroscopic and particle-scale optical approaches to probe the metal-sensing properties of the human BK gating ring under physiologically relevant conditions. This functional molecular sensor undergoes Ca2+- and Mg2+-dependent conformational changes at physiologically relevant concentrations, detected by time-resolved and steady-state fluorescence spectroscopy. The lack of detectable Ba2+-evoked structural changes defined the metal selectivity of the gating ring. Neutralization of a high-affinity Ca2+-binding site (the “calcium bowl”) reduced the Ca2+ and abolished the Mg2+ dependence of structural rearrangements. In congruence with electrophysiological investigations, these findings provide biochemical evidence that the gating ring possesses an additional high-affinity Ca2+-binding site and that Mg2+ can bind to the calcium bowl with less affinity than Ca2+. Dynamic light scattering analysis revealed a reversible Ca2+-dependent decrease of the hydrodynamic radius of the gating ring, consistent with a more compact overall shape. These structural changes, resolved under physiologically relevant conditions, likely represent the molecular transitions that initiate the ligand-induced activation of the human BK channel.
