בכל פעם שאנו חשים נגיעה עדינה על העור, תאי עצב מיוחדים ממירים את הכוח הפיזי הזה לאות חשמלי שהמוח יכול לפרש כמגע. בעוד שמדענים יודעים זה מכבר שחלבון בשם PIEZO2 פועל כחיישן מפתח למגע, לא היה ברור מדוע PIEZO2 מתמחה בכוחות המכניים המקומיים שחווים נוירונים תחושתיים, בעוד שקרובו הקרוב PIEZO1 מגיב ללחצים מכניים רחבים יותר כמו אלה הנוצרים כאשר תאים מתמתחים, כפי שקורה בכלי דם.
כעת, מחקר חדש של Scripps Research עוזר למלא את הפער הזה. הממצאים, שפורסמו ב טֶבַע ב-4 במרץ 2026, הבהירו כיצד PIEZO2 מזהה סוגים ספציפיים של כוח והסבירו מדוע ייתכן שהאבולוציה בחרה בו כחיישן העיקרי של הגוף למגע קל. עבודה זו עשויה להנחות חקירה עתידית של הפרעות חושיות הקשורות למוטציות PIEZO2.
מגע הוא אחד החושים הבסיסיים ביותר שלנו, ובכל זאת לא הבנו עד הסוף כיצד הוא מעובד ברמה המולקולרית. רצינו לראות איך המבנה של PIEZO2 מעצב את מה שתא יכול להרגיש באמת."
ארדם פטאפוטיאן, סופר בכיר במחקר ויו"ר נאמן לנשיאות, נוירוביולוגיה, מכון המחקר Scripps
הוא גם חוקר במכון הרפואי הווארד יוז.
בשנת 2021, Patapoutian חלקה את פרס נובל לפיזיולוגיה או רפואה על גילוי PIEZO1 ו- PIEZO2: תעלות יונים, או "שערים" של חלבון, המוטבעים בממברנות תאים הנפתחות בתגובה לכוח. כאשר שערים אלו נפתחים, חלקיקים טעונים זורמים לתוך התא, ומייצרים אותות חשמליים המאפשרים לנו להרגיש מגע, תנוחת גוף וסוגים מסוימים של כאב.
למרות ש- PIEZO1 ו- PIEZO2 נראים כמעט זהים במודלים מולקולריים, הם מתנהגים בצורה שונה מאוד בתאים חיים. PIEZO2 חשוב במיוחד במערכת העצבים הסומטו-סנסורית, רשת תאי העצב המזהה מגע. תאים אלה רגישים מאוד לחריצים קטנים, כמו נקישה קלה על העור. לעומת זאת, PIEZO1 מגיב ביתר קלות למתיחה כללית של הממברנה, כגון כאשר תא נמשך או נפוח, במקום דחיפה בנקודה מסוימת.
כדי לחקור את ההבדל, צוות המחקר השתמש במיקרוסקופ ברזולוציית העל של פלואורסצנציה מינימלית (MINFLUX), עם תמיכת הדמיה שסופקה על ידי פרופסור סקוט הנדרסון, המנהל את מתקן מחקר ליבת המיקרוסקופ של Scripps, והמדענית הבכירה קתרין ספנסר.
בעוד שטכניקות הדמיה אחרות, כולל מיקרוסקופ אלקטרוני קריוגני (cryo-EM), תפסו תמונות מפורטות אך סטטיות של חלבוני PIEZO קפואים המשמשים אסמכתא לצורה כוללת, MINFLUX מאפשרת למדענים לעקוב אחר מיקומי ותנועות החלבונים בתאים בדיוק בקנה מידה ננומטרי. לצורך הקשר, ננומטר קטן במיליארדית המטר – פי 100,000 בערך מרוחב של שערה אנושית.
"Cryo-EM נותן לנו תמונות מבניות יפות, אבל היא לא יכולה להראות לנו איך חלבון נע בסביבה התאית המקורית שלו", מציין מחבר ראשון ושותף בכיר אריק מולהל, עמית בתר-דוקטורט במעבדה של פטאפוטיאן.
"מה שאני אוהב בעבודה הזו, בהנהגתו של אריק מולהל, הוא שהיא מחברת תגליות על פני מגוון רחב במיוחד של קנה מידה", מוסיף פטאפוטיאן. "זה אחד המחקרים הבודדים שראיתי שמתפרשים ממיקרוסקופיה ברזולוציית-על בקנה מידה ננומטר וכל הדרך לניסויים ex vivo ו-in vivo, המקשרים בין תובנות של מולקולה בודדת לתפקוד פיזיולוגי".
באמצעות MINFLUX יחד עם הקלטות חשמליות המודדות זרימת יונים, הצוות ראה כיצד PIEZO2 שינה צורה כאשר הופעל כוח. הקלטות חשמליות אלו, שבוצעו על ידי המחבר השני ומדען הצוות אולג ירישקין, אפשרו קשר ישיר בין השינויים המבניים של PIEZO2 לבין פעילות הערוץ. הצוות מצא ש-PIEZO2 היה נוקשה יותר מ-PIEZO1 ומחובר פיזית (או "קשור") לפיגום הפנימי של התא, הידוע בשם ציטושלד האקטין. שלד הציטו הוא רשת של סיבי חלבון הנקראים חוטי אקטין המסייעים בשמירה על צורת התא והעברת כוחות.
קשירה מתרחשת באמצעות חלבון הנקרא filamin-B, המחבר בין חלבוני ממברנה לחוטי אקטין. כאשר תא נחקר, הקישור הפנימי הזה עזר להעביר כוח ל-PIEZO2, מה שהופך את הערוץ ליותר סביר להיפתח. עם זאת, מתיחת ממברנה פשוטה לא הפעילה את PIEZO2 כשהקשירה הייתה שלמה.
הצוות זיהה את האזור הספציפי שבו PIEZO2 התחבר ל-filamin-B והראה ששיבוש החיבור הזה שינה את האופן שבו הערוץ חש בכוח. בנוירונים תחושתיים של עכבר – תאי העצב שאחראים על זיהוי המגע – הסרת הקשירה הפחיתו את הרגישות של PIEZO2 לשקעים ואיפשרו באופן בלתי צפוי לתעלה להגיב למתיחה של הממברנה, סוג של כוח שבדרך כלל היה מתעלם ממנו.
"הופתענו מכמה שונה שני הערוצים הגיבו לאותו סוג של כוח", נזכר מולהול. "מתיחת ממברנה מתרחבת ומפעילה את PIEZO1, אם כי ראינו את התגובה ההפוכה ב-PIEZO2. זו הייתה אינדיקציה חזקה לכך שערוצים אלו פועלים באמצעות מנגנונים שונים."
הממצאים מצביעים על כך שתאים יכולים לכוונן את הרגישות שלהם למגע לא רק על ידי בחירה באיזו תעלת יונים להשתמש, אלא גם על ידי שליטה על האופן שבו ערוץ זה משולב פיזית בתוך התא. מכיוון שפילאמין-B מתבטא באופן נרחב על פני רקמות, קשירה עשויה לעזור להתאים את PIEZO2 לרישום מגע עדין ויומיומי. הבנת המנגנון הזה יכולה גם לשפוך אור על מה שקורה כאשר הוא נפגע.
מוטציות ב-PIEZO2 יכולות לגרום להפרעות חושיות המשפיעות על מגע ומודעות לגוף, בעוד שמוטציות בפילאמין-B קשורות למצבי שלד והתפתחות. על ידי הבהרת אופן האינטראקציה בין החלבונים הללו, המחקר מספק מסגרת ברורה יותר לפירוש ממצאים גנטיים כאלה והנחיית מחקר עתידי לתפקוד חושי.
"התוצאות שלנו משנות את הפרספקטיבה על האופן שבו מגע מתחיל ברמה המולקולרית", מסביר Patapoutian. "החיבורים הפיזיים של חלבון בתוך התא קובעים אילו סוגי כוחות הוא יכול לחוש. זו דרך חדשה לחשוב על איך אנחנו מרגישים את העולם סביבנו."
