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引文
我们之前在-YFP大鼠的工作中,报导了甜味细胞会抒发一种奇特的对锌离子敏感的质子流。而本文报导了这个级联转导的第二个组件,一种静息的钾离子流,由介导,对胞内的pH值超乎预料的敏感。
对嗅觉传导中依赖于胞内pH的第二组件的存在,我们有如下理论证据,一个多世纪曾经的发觉,还能穿透细胞膜并酸化胞质的强碱,比同pH的强碱尝上去更酸。而在我们之前的报导中,甜味细胞还能在6.5-6.7的pH时被迸发出动作电位,但此时的跨膜质子流虽然不足以极化此时的细胞。这种现象都可以由一个理论所解释,即胞内的酸化会降低甜味细胞的可迸发性。
确实有研究推论一种在甜味细胞中高抒发的单孔钾结构域离子通道是其胞内pH的体会器,但没有直接的证据证明甜味细胞会被胞内酸化所激活。
结果
通过-YFP:Trpm5-GFP大鼠中分离到的甜味和非咸味嗅觉细胞,我们测试了甜味细胞会对胞内酸化做出电反应。所有细胞在接触到钡离子后,因为阻断了钾离子通道,均形成了动作电位;而在使用100mM的pH7.4的强酸碱液如磷酸(AA),丙酸(PA),甜味细胞会形成显著电反应,而非咸味嗅觉细胞则不形成电反应;同条件的弱酸碱液,甲磺酸(MA)则均不形成电反应。这些反应与嗅觉细胞种类无关,CV和FL均存在。
在发觉这些关系后,我们想要找到电反应是由哪种离子流引起的,我们之前的研究发觉在有和无强酸两种的情况下,甜味细胞的钠离子和钾离子流无显著区别;而在敲除大鼠中也能测量到对强碱的强反应,故与无关;最后,在对静息钾离子的测量发觉外向钾离子流不对胞外的pH减少形成反应,却会对20mM的乙醇形成反应,而磷酸是还能引起胞内酸化的,且反应时长与强酸的透膜质子运输的时间符合。
为了找到静息钾离子流的的作用分子,我们剖析了细胞的转录组数据,并筛选出了孤僻检波钾离子通道家族Kir和单孔钾离子通道家族K2p的抒发。8种Kir,5种K2p有中高水平的抒发,另外还有4种K2p存在低水平的抒发,但并没有进一步研究。
通过抗生素筛选,我们发觉细胞对钡离子和铯离子敏感钠离子钾离子通道阻滞剂,而对香豆素不敏感这一点更是将所有K2p通道排除。我们也发觉细胞对Kir1.1和3.1/3.4的抑制剂-LQ,Kir6.1和6.2的抑制剂格列本脲,Kv和KCNQ的抑制剂TEA,4-AP,均不敏感,故排除那些通道,剩下Kir2.1,2.2,4.2符合抗生素筛选。
我们通过对通道抑制动力学参数的估算可知,细胞的钾离子流对铯离子的敏感性与Kir2.1和4.2类似,而高于Kir2.2;而对钡离子的敏感性与Kir2.1差别较小,而与Kir2.2和4.2差别较大;在对Kir2特异抑制剂ML133的敏感性可知,Kir2.1与细胞均存在pH8.5情况下的抑制速率推进,综上,静息钾离子流出现的缘由是外向检波钾通道Kir2.1.
Kir2.1对胞内酸化的敏感性没有研究报导钠离子钾离子通道阻滞剂,而其他Kir和K2p通道有报导。我们在HEK细胞中的实验表明异源抒发,被20mM的乙醇碱液抑制的特点与细胞类似;膜片钳的实验表明,细胞膜外侧与碱性环境的接触会引起快速并且部份可逆的通道活性阻断。
为了进一步探究三者的关系,我们建立了敲除Kir2.1的大鼠品系,但因为四肢性的敲除会促使大鼠新生致死,故将敲除限制在启动子的限制下,实现细胞特异性抒发,并通过和带有双Flox位点的基因对倒除率计数,约为79%。在敲除Kir2.1的甜味细胞中测定内流的钾离子,发觉钾离子流被大大降低;并且钡离子敏感性也近乎消失,这种进一步肯定了内流钾离子流与Kir2.1的关系。

我们在非咸味嗅觉细胞中也发觉有静息钾离子流的存在,但是会被强酸,钡离子,铯离子抑制,这表明这种现象可能也是由Kir2.1介导的。我们借助由启动子限制的Kir2.1敲除,效率约为71%。我们发觉静息钾流对钡离子的敏感性被增加了,这肯定了Kir2.1的存在和作用。随即借助胞内pH指示剂的实验更是证明Trpm5细胞对胞内pH敏感而且会被强酸酸化胞质。
我们随即注意到两种细胞钾流的一个巨大差异,二者静息钾流大小的差异,非咸味细胞的钾流是咸味细胞的7倍。为此,我们使用低含量钡离子促使两种细胞的钾流处于相像水平时,非咸味细胞对pH6.6有了电反应,形成了动作电位。故,静息钾流的大小决定了对强碱的反应。
因为钾流与胞内酸化的关系,我们测定了钾流与质子流的关系,在pH6时,钾流会被显著抑制,由于这时的质子流促使胞内酸化;因为我们之前有报导这些质子流会被锌离子抑制,为此,我们加入锌离子后再度测定pH6时的钾流,发觉抑制消失,而这些差异在不对质子流反应的Trpm5细胞中不存在。假如单独使用温和的胞外酸化或则低含量磷酸均不能促使甜味细胞反应,但二者叠加后促使细胞形成了强烈的电反应。
讨论
本研究与明日一研究得出的理论模型相差甚远,该模型源自斜方体后核中化学体会神经的研究,称质子激活的受体GPR4与对胞外pH敏感的K2P通道一齐介导了觉得响应的放大。
Kir2.1有广泛的抒发,在脑部、心脏、血管平滑肌,骨骼肌等遍及腰部。
强酸更能剌激细胞可能的诱因还有强酸维持了氨水的pH,或则是强酸避免质子被唾液蛋白吸收,而这种可能还没有人有过研究。
