这些图像提供了迄今为止皮肤如何感知温度的最详细一瞥

哥伦比亚大学的研究人员捕捉到了一种温度传感分子在开放、中间和封闭状态下的详细图像。这一发现将帮助我们理解热、暖、冷、冷感觉的机制，并加速治疗各种疾病的药物的开发，包括炎症性皮肤病、瘙痒和疼痛。

该研究结果发表在结构与分子生物学．

一个多世纪前，研究人员就已经知道，温度和疼痛的感知是由专门的感觉神经元控制的。在20世纪90年代末，科学家们在这些神经元内部发现了一种称为瞬时受体电位(TRP)通道的分子超家族。在已知的28个TRP通道中，有11个对温度变化高度敏感。这些“热trps”随着温度波动而打开和关闭，允许离子通过并将信号传递到中枢神经系统。

研究负责人说:“ThermoTRPs就像生物温度计一样，让生物体感知整个生理范围内的温度，从有害的冷到有害的热。Alexander I. Sobolevsky博士他是哥伦比亚大学瓦格洛斯内科和外科医生学院生物化学和分子生物物理学副教授。“这些通道是如何感知温度，然后在分子水平上发生变化的，这仍然是一个谜。”

该领域的一个重要突破出现在2013年，当时一种称为冷冻电子显微镜(cryo-EM)的技术首次用于对TRP通道家族的代表进行成像。从那时起，几乎每一种TRP通道都用这种技术成像。但是科学家们无法在不同温度下捕捉到热色氨酸通道的低温电镜图像，特别是在高温下，热敏通道被激活时。

在这项新的研究中，索伯列夫斯基的实验室发现了其中一个通道TRPV3的突变，它增加了对温度的敏感性。通过利用这种突变，他的团队能够将通道固定在开放、敏化和封闭的位置——这是使用冷冻电镜成像了解蛋白质结构的重要步骤。由此产生的图像揭示了TRPV3在被热激活后发生的结构变化。

“这些结构变化似乎源于TRPV3的离子导电膜部分，它通过与周围膜脂的相互作用来感知温度，”哥伦比亚大学生物化学和分子生物物理学副研究科学家、论文第一作者Appu K. Singh博士说。“需要进一步的研究来更精确地识别这些通道的温度传感器。”

TRPV3主要在皮肤细胞中表达。该通道在多种生理功能中发挥作用，包括温度感觉、痛觉(神经系统对某些有害或潜在有害刺激的反应)、瘙痒、皮肤屏障的维护、伤口愈合和毛发生长。TRPV3还与许多人类皮肤疾病有关，如特应性皮炎、牛皮癣和酒渣鼻。研究表明，缺乏TRPV3的小鼠无法感知温暖的温度。

Sobolevsky说:“我们的结构不仅可以作为研究离子通道温度激活的生物物理原理的跳板，而且还可以作为针对各种影响皮肤的疾病设计药物的模板。”

在一项单独的研究中自然通讯索伯列夫斯基博士的团队使用低温电镜(crTRP1)确定了crTRP1的结构，这是一种在莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)中发现的热色氨酸蛋白。这是第一次在微生物中描述热色氨酸的结构。