2018年9月6日，北京大学分子医学研究所陈雷研究组与定量生物学中心宋晨研究组及合作者在《自然-结构与分子生物学》杂志发表题为《对机械力敏感的OSCA通道的结构》的论文。该项研究鉴定并解析了机械力敏感的卐非选择性离子通道OSCA高分辨率（3.5?）的冷冻电镜结构，揭示了OSCA通道的组装模式，并通过突变体的电生理研究及分子动□力学模拟，推测了该通道可能的※工作机制。

机械︻力是一种能够被生物体感知的、重要的物理信号。常见的机械力感受过程包括听觉和对触摸的感知等等。生物体是通过▓各种机械力感受器来感受机械力的〇。机械力敏感卐的离子通道（mechanosensitive ion channel）就是一种在所有生命体内都存在的重要的机械力感受器，它们可以把机械力这种物理信号转化为电→信号，从而进行传Ψ 递及引发下游生理反应。根据机械力的感受机制，人们把这些离子通道分▂为两大类：感受膜传递的机械力（比如Piezo，K2P，MscL等）及感受细胞骨架传递的机械力（比如NOMPC）。有些机械力敏感的离子通道和渗▅透压感受及应激相关，比⊙如细菌中的MscL等通道。在2014年，两个研究组独立地发现拟南芥中々的OSCA1.1及OSCA1.2通道与植物渗透压的感受相关，并且记录到了高渗引起的全细胞电流和钙内流。本项研究正是在该基础上开展〖的。

本项研究的作者们首先发现高渗引起的OSCA1.1全细胞电流很小，不便于重复刺激和长时记录，进而尝试用负压激活的方式来刺激通道。幸运的是，作者们发ζ　现在inside-out膜片钳记录电极内施加负压可以获得较大的、稳定的OSCA1.1依赖的电【流。进一步，为了研究OSCA感受机械力的模式，作者首先用可以抑制NOMPC电流的微管多聚抑制剂来处理inside-out记录膜片，发现电流变化不大。相比之下，加入○锥形磷脂Lyso-PC则能够有效地使通道易于开放，进而证明了该离子通道是通过感受膜传递的机械力而激活的。作者们随后通过冷冻电镜的方法解析了︽该通道在3.5?的结构。该结构清晰地显示了OSCA1.1通道是个同∮源二聚体，每个◥亚基有11个跨膜螺旋。令人惊讶的是该通道M1-M10跨膜螺旋的结构与TMEM16家族蛋◥白的结构很相似，但没有序列同源¤性。TMEM16家族成员包括了著名的钙离子激活的氯离子通道（TMEM16A）及钙离子激活的磷脂翻转酶（TMEM16F）等。但在TMEM16家族中保守的钙结合位点在OSCA中并不保▆守。OSCA通道╳的电子密度显示，每个单体亚基内有一个凹陷，而该凹陷的位置正好对应于TMEM16A通道的孔道区的位置。作者进一步通过分子动力学模拟，发现在有机械力刺激的条∩件下，该区域有变大①的构象变化。据此，作者们推测了OSCA孔道区的位置。随后，作者筛选到了两个位于该区域的OSCA突变体可以改变单通道电导，进一步№验证了对孔道区位置猜测的正确性。此外，作者们又鉴定了拟△南芥中的OSCA3.1蛋白是一种可以感受更高压力范围的机械力敏感的离子通道，并解析了其分辨率为4.8?的结构，该结构和OSCA1.1 通道的结构极为相似。通过序列比对及▽突变体功能分析，作者※们发现了OSCA3.1与OSCA1.1在M0上的两个不同的氨基酸可能与其感受不同的压力范围有关。最后，作者们通过与TMEM16A通道不同门控状态下结构进行比较及突变体的电生理记录结果，发现了M6螺旋可能在OSCA响应机械力而开∑放的过程中发生了与TMEM16A相似的构象变化。从而，作者们提出了该新型机械力敏感的离子通道的工作机制模型。

拟南芥中的OSCA1.1通道在外加压力的刺激下可以被激活而产生电流。原子分辨率的冷冻电镜结构显示该通道是一个二聚体，每个亚基的跨◤膜螺旋围成了供离子通透的孔道。

OSCA隶属于TMEM63家族，该●家族广泛分布于真菌、植物、动物及人体。OSCA通道机械力敏感性质的鉴定对于进一步研究TMEM63家族蛋白的功能具有重要意义。此外，由于听觉相关的TMC通道与TMEM16A通道结□构有相似性，OSCA通道结构与功能研究对于TMC通道的进一步研究有促进意义。

北京大学分子医学研究所陈雷、北京大学定量生物学中心宋晨和复旦大学生命科学学院闫志强为本文①共同通讯作者，原陈雷实验室☆实验员章明锋为本文第一作者，王大力、康云路、吴惊香、姚富强和潘成芳参与了此项工作。 该工作冷冻电镜数据采集在上海国家蛋白质科学设施及北京大学电镜室完成，数据处理获得了北京大学CLS计算平台及未名超算平台的支持。此外，生物物理所冷冻电镜平台在前期◣的工作中给予一定支持。本工作获得科技部重点研发计划、国家自然科学基金委、生命科学联合中≡心、千人计划、中国博士后基金的↓经费支持。作者吴惊香先后获得了CLS博士后和博雅博士后奖学金的支持。首都医科大学张晨教授在该工作初期提供了电生理实验台的硬件支持，北京大学钟上威研究员提供了拟南芥的全cDNA，宾夕法尼亚√州Ren Dejian教授』提供了TPC基因作为分子量对照。

编辑：山石