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Mechanical Stimulation of Piezo1 Receptors Depends on Extracellular Matrix Proteins and Directionality of Force
Nano Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2017-02-08 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b00177 Benjamin M. Gaub 1 , Daniel J. Müller 1
Nano Letters ( IF 9.6 ) Pub Date : 2017-02-08 00:00:00 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b00177 Benjamin M. Gaub 1 , Daniel J. Müller 1
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Piezo receptors convert mechanical forces into electrical signals. In mammals, they play important roles in basic physiological functions including proprioception, sensation of touch, and vascular development. However, basic receptor properties like the gating mechanism, the interaction with extracellular matrix (ECM) proteins, and the response to mechanical stimulation, remain poorly understood. Here, we establish an atomic force microscopy (AFM)-based assay to mechanically stimulate Piezo1 receptors in living animal cells, while monitoring receptor activation in real-time using functional calcium imaging. Our experiments show that in the absence of ECM proteins Piezo1 receptors are relatively insensitive to mechanical forces pushing the cellular membrane, whereas they can hardly be activated by mechanically pulling the membrane. Yet, if conjugated with Matrigel, a mix of ECM proteins, the receptors become sensitized. Thereby, forces pulling the cellular membrane activate the receptor much more efficiently compared to pushing forces. Finally, we found that collagen IV, a component of the basal lamina, which forms a cohesive network and mechanical connection between cells, sensitizes Piezo1 receptors to mechanical pulling.
中文翻译：
Piezo1受体的机械刺激取决于细胞外基质蛋白和力的方向。
压电受体将机械力转换为电信号。在哺乳动物中，它们在基本生理功能（包括本体感受，触觉和血管发育）中起重要作用。但是，人们对诸如门控机制，与细胞外基质（ECM）蛋白的相互作用以及对机械刺激的反应等基本受体特性的了解仍然很少。在这里，我们建立了基于原子力显微镜（AFM）的检测方法，以机械方式刺激动物细胞中的Piezo1受体，同时使用功能性钙成像实时监测受体的激活。我们的实验表明，在没有ECM蛋白的情况下，Piezo1受体对推动细胞膜的机械力相对不敏感，而通过机械拉动膜很难激活它们。然而，如果与ECM蛋白的混合物Matrigel结合，则受体变得敏化。因此，拉动细胞膜的力比推力更有效地激活受体。最后，我们发现胶原IV是基底层的组成部分，在细胞之间形成内聚网络和机械连接，使Piezo1受体对机械拉动敏感。
更新日期：2017-02-08
中文翻译：
Piezo1受体的机械刺激取决于细胞外基质蛋白和力的方向。
压电受体将机械力转换为电信号。在哺乳动物中，它们在基本生理功能（包括本体感受，触觉和血管发育）中起重要作用。但是，人们对诸如门控机制，与细胞外基质（ECM）蛋白的相互作用以及对机械刺激的反应等基本受体特性的了解仍然很少。在这里，我们建立了基于原子力显微镜（AFM）的检测方法，以机械方式刺激动物细胞中的Piezo1受体，同时使用功能性钙成像实时监测受体的激活。我们的实验表明，在没有ECM蛋白的情况下，Piezo1受体对推动细胞膜的机械力相对不敏感，而通过机械拉动膜很难激活它们。然而，如果与ECM蛋白的混合物Matrigel结合，则受体变得敏化。因此，拉动细胞膜的力比推力更有效地激活受体。最后，我们发现胶原IV是基底层的组成部分，在细胞之间形成内聚网络和机械连接，使Piezo1受体对机械拉动敏感。
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