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.2010年10月1日；330(6000):55-60.
doi:10.1126/science.1193270。 Epub 2010年9月2日。

Piezo1和Piezo2是不同机械激活阳离子通道的基本组件

伯特兰·科斯特 1, 贾扬蒂·马图尔, 曼纽拉·施密特, 塔林·J·厄利, 桑杰夫·拉纳德, 马特·彼得鲁斯, 阿德里安·杜宾, 阿尔登·帕塔普提安
附属公司

Piezo1和Piezo2是不同机械激活阳离子通道的基本组件

伯特兰·科斯特等。 科学类. .

摘要

机械刺激驱动许多生理过程，包括触觉和痛觉、听觉和血压调节。许多细胞中都记录到了机械活化（MA）阳离子通道的活性，但相关分子尚未确定。我们描述了小鼠神经母细胞瘤细胞系中快速适应MA电流的特征。候选基因的表达谱分析和RNA干扰敲除鉴定了Piezo1（Fam38A）是这些细胞中MA电流所需的。Piezo1和相关的Piezo2（Fam38B）是脊椎动物的多程跨膜蛋白，在无脊椎动物、植物和原生动物中具有同源性。小鼠Piezo1或Piezo2的过度表达诱导了两种不同的MA电流。Piezos在多个组织中表达，并且在背根神经节神经元中的Piezo2基因敲除可显著降低MA电流的快速适应能力。我们认为压电陶瓷是MA阳离子通道的组成部分。

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数字

图1
图1。Neuro2A细胞的机械激活电流
（A） Neuro2A（N2A）细胞中表达的机械激活（MA）内向电流的代表性痕迹。细胞受到一系列机械步骤的刺激吸管（插图，箭头）1μm的移动，以全细胞贴片配置，保持电位为−80 mV。（B）N2A（n=11）细胞MA电流的平均电流-电压关系。插入，在−80至+40 mV的保持电位下诱发的代表性MA电流（在机械步骤前0.7秒施加）。（C） 在N2A电池中，用移液管（插图，箭头）在保持电位范围为−80 mV至+80 mV的情况下，通过负压诱导的单通道电流（电池贴附的贴片配置）。（D） N2A电池中拉伸激活单通道的平均电流-电压关系（n=4，平均值±SEM）。根据每个细胞线性回归线的斜率计算单通道电导，得出γ=22.9±1.4pS（平均值±SEM）。单通道振幅被确定为全道直方图高斯拟合中的振幅差。（E） N2A电池中由负移液管压力（0至−60 mm Hg，Δ10 mm Hg）引起的代表性电流（平均迹线）。（F） −80 mV拉伸激活电流的标准化电流-压力关系符合Boltzmann方程（n=21）。P（P）50是P的平均值50来自单个单元格的。
图2
图2。Piezo1（Fam38A）siRNA抑制机械激活电流
（A） 在转染有干扰siRNA（蓝点，n=56）、Piezo1（Fam38A）siRNA（红点，n=20）或针对其他测试候选siRNA（开放符号，表S1中候选列表）的N2A细胞中，以-80mV的保持电位诱发MA内向电流的平均最大振幅。对于每个候选者，黑色圆圈和误差条代表平均值±SEM，n=4-27。黑线表示所有测试单元格的平均值（n=807），两条蓝色虚线表示该值减少或增加4倍。（B） 在转染干扰siRNA（蓝色）或不同Piezo1（Fam38A）siRNA（红色）的N2A细胞中，以-80 mV的保持电位诱发MA内向电流的平均最大振幅。Smart-pool I由四个siRNA组成，包括siRNA 1、2和3。***，P<0.001，Kruskal-Wallis检验。插图：以−80 mV的保持电位转染干扰siRNA（蓝色痕迹）或Piezo1（Fam38A）siRNA（红色痕迹）的N2A细胞中表达的MA内向电流的代表性痕迹。（C）负移液管压力（0至−60 mm Hg，Δ10 mm Hg）诱导的代表性电流（平均痕迹），细胞附着）在转染干扰siRNA（左面板）或Piezo1 siRNA（右面板）的N2A细胞中。由−60 mm Hg引发的电流痕迹以蓝色和红色突出显示。（D）在转染干扰siRNA（蓝色）或Piezo1 siRNA（红色）的N2A细胞中，以−80 mV的保持电位引发的拉伸激活电流的平均最大振幅。条形图表示平均值±SEM，测试的细胞数量显示在条形图上方。**，P<0.01，未配对t检验加Welch校正。
图3
图3。小鼠Piezo1和Piezo2的进化保守性和表达谱
（A） 显示压电蛋白家族不同成员序列关系的无根系统发育树。使用Megalign和DrawTree程序生成路线。虚线表示一条人为延长的线，以适应配合。Hs，智人；嗯，小鼠肌肉；Gg，Gallus Gallus，Danio Rerio博士；Ci、Ciona肠；Dm，黑腹果蝇；Ce，秀丽隐杆线虫；Dd，盘基网柄菌；At，拟南芥；Os，水稻；Tt，嗜热四膜虫（方法中提供了登录号）。原生动物是指一个单一的王国，但可以被视为一组不同的B门mRNA表达谱压电陶瓷1（上面板）和压电陶瓷2（下面板）由不同成年小鼠组织的qPCR测定。GAPDH作为参考基因，肺作为组织校准物，使用2-ΔΔCT方法。每个条形图是两个单独实验的平均值+SEM。
图4
图4。来自过度表达Piezo1细胞的大机械激活电流
全细胞结构中记录的表达压电-1的N2A（A-C）和HEK293T（D-F）细胞的（A-F）MA电流。（A，D）用Piezo1转染的不同细胞类型中表达的MA内向电流的代表性痕迹。使用玻璃探针刺激，以1μm（a）或0.5μm（D）的增量，在-80 mV的保持电位下对细胞进行一系列机械步骤。（B，E）用Piezo1转染的不同细胞类型中表达的MA电流的典型电流-电压关系。插入，在−80至+40 mV的保持电位下诱发的MA电流。（C，F）在Piezo1转染（红色）或模拟转染（蓝色）细胞的−80 mV的维持电位下诱发MA内向电流的平均最大振幅。条形图表示平均值±SEM，测试的细胞数量显示在条形图上方。***，P<0.001，未配对t检验加Welch校正。（G-L）细胞贴附配置中表达N2A（G-I）和HEK293T（J-L）的小鼠压电1细胞的拉伸激活电流。在转染了Piezo1的N2A（G）和HEK293T（J）细胞中，由负移液管压力（0至−60 mm Hg，Δ10 mm Hg）诱导的代表性平均电流。Piezo1转染N2A（H，n=12）和HEK293T（K，n=11）细胞中在−80 mV下激发的拉伸激活电流的Imax归一化电流-压力关系，并符合Boltzmann方程。P（P）50是所有P的平均值50为单个单元格确定。在模拟转染（蓝色）或转染Piezo1（红色）的N2A（I）和HEK293T（L）细胞中，在-80 mV的保持电位下激发的拉伸激活电流的平均最大振幅。条形图表示平均值±SEM，测试的细胞数量显示在条形图上方。***，P<0.001.**，P＜0.01，采用Welch校正的非配对t检验。
图5
图5。压电相关的大机械激活电流，与压电感应电流在动力学上不同
全细胞结构中表达压电-2的N2A（A-C）和HEK293T（D-F）细胞的（A-F）MA电流。在N2A细胞中，仅用Piezo1 siRNA转染Piezo2或载体以抑制内源性Piezo依赖MA电流。（A，D）用Piezo2转染的不同细胞类型中表达的MA内向电流的代表性痕迹。细胞受到一系列机械步骤的影响，玻璃探针在−80 mV的保持电位下移动1μm。（B，E）用Piezo2转染的不同细胞类型中表达的MA电流的典型电流-电压关系。插图，在−80至+40 mV的保持电位下诱发的MA电流。（C，F）在Piezo1转染的（红色）或模拟转染的（蓝色）细胞中，在−80mV的保持电位下诱发的MA内向电流的平均最大振幅。（G-H）以指定的保持电位转染Piezo1（蓝色迹线）或Piezo2（红色迹线）的细胞中表达的机械激活内向（G）或外向（H）电流的代表性迹线。痕迹被归一化为峰值电流，虚线表示失活与单指数方程的拟合。（一） 在负（上面板为−80和−40 mV）和正（下面板为40和80 mV）保持电位下，压电陶瓷1（蓝色）和压电陶瓷2（红色）失活的时间常数。条形代表平均值±SEM，条形上面的数字代表细胞数量。**，P<0.01.***，P<0.001，未配对t检验加Welch校正。
图6
图6。DRG神经元快速失活MA电流对Piezo2耗竭的敏感性
（A） 使用反义（左面板）和义（右面板）探针对背根神经节（DRG）神经元中的压电陶瓷进行比色原位杂交的代表性图像。（B） DRG神经元中表达的三种典型MA内向电流的代表性痕迹具有不同的失活动力学特征。神经元以1μm的增量在-80 mV的保持电位下经历一系列机械步骤。电流失活采用双指数方程拟合，给出了7.3 ms的快速时间常数（τ）和>100ms的缓慢时间常数（左面板），或采用27 ms的单指数方程拟合（中面板）。τ>30 ms的一些电流太慢，无法在150 ms持续阶跃刺激期间有效拟合（右侧面板）。（C-D）频率直方图，表示转染干扰siRNA（Ctr）或Piezo2 siRNA（siRNA）的神经元的比例，这些神经元对机械刺激产生反应，MA电流以其失活动力学为特征。条形图表示七个单独实验中神经元比例的平均值±SEM（B，n=12-19个神经元/条件和每个实验）或所有七个实验中所有神经元的比例（C）；C中横条上方的数字代表神经元的数量。**，P<0.01；ns，无显著差异；非配对t检验。
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中的注释

  • 机械信号作为软骨退变和再生的调节器。
    Rai MF、Stoddart MJ、Guilak F。 Rai MF等人。 美国科学院整形外科杂志，2017年4月；25（4）：e87-e89。doi:10.5435/JAAOS-D-16-00938。 美国科学院整形外科杂志，2017年。 PMID：28291148 没有可用的摘要。

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