拟南芥机械力敏感型离子通道AtMSL10的结构研究

机械力敏感型离子通道是一类能够感知和响应机械力刺激的膜蛋白,其广泛存在于各种生物体中,包括细菌、植物和动物等。为了更好地了解植物机械力敏感型离子通道,本研究通过体外表达纯化以及去垢剂筛选等手段,获得了性质较好的拟南芥(Arabidopsis thaliana,At)机械力敏感型离子通道AtMSL10的蛋白样品,并利用冷冻电镜单颗粒重构技术解析了其高分辨率三维结构,整体分辨率为0.27 nm。结构显示AtMSL10蛋白以同源七聚体的形式存在,并处于开放状态的构象。AtMSL10蛋白结构的解析为后续对于植物机械力传导机制的探索提供了结构基础。

宫颈癌组织中机械敏感离子通道蛋白1表达变化及M1/M2型巨噬细胞浸润情况观察分析

目的观察宫颈癌组织中机械敏感离子通道蛋白1(Piezo-type mechanosensitive ion channel component 1,Piezo1)的表达变化及M1/M2型巨噬细胞浸润情况,探讨其可能作用机制。方法选择病理明确诊断为宫颈癌患者的宫颈癌组织35例份、子宫肌瘤或子宫腺肌瘤行子宫全切患者正常宫颈组织30例份,分别采用免疫组织化学染色法及Western Blotting法检测Piezo1。从TCGA宫颈癌RNA-seq数据库中,使用R软件通过CIBERSORT法分析不同Piezo1表达的宫颈癌组织22种免疫细胞浸润情况,利用GSEA 4.2.3软件筛选1NES1>1、P<0.05、FDR<0.25的Piezo1巨噬细胞相关信号通路。采用免疫组织化学染色法和Pearson相关性分析法分析Piezo1表达与宫颈癌组织M1/M2巨噬细胞浸润的相关性。结果与正常宫颈组织相比,宫颈癌组织Piezo1相对表达量高(P<0.05)。宫颈癌组织和正常宫颈组织中M1巨噬细胞浸润强度为7.70±1.31、7.17±2.05(P>0.05),M2巨噬细胞浸润强度分别为16.21±6.36、3.89±1.56(P<0.05)。Piezo1表达与宫颈癌组织M2型巨噬细胞浸润水平成正相关(r=0.8617,P<0.001)。与Piezo1低表达者相比,Piezo1高表达的宫颈癌组织M2型巨噬细胞比例高(P<0.01)。Piezo1与M2型巨噬细胞极化细胞相关信号通路主要有IL6/JAK/STAT3信号通路、TGF-β信号通路及TNF-α/NF-κB信号通路。结论Piezo1在宫颈癌组织中高表达、M2巨噬细胞浸润多。Piezo1可能通过激活宫颈癌组织IL6/JAK/STAT3信号通路、TGF-β信号通路和TNF-α/NF-κB信号通路,促进M2型巨噬细胞极化,参与宫颈癌的发生发展。

细胞外基质刚度调控压电型机械敏感离子通道组件1对神经干细胞分化的影响

目的 本研究旨在探讨细胞外基质刚度变化对神经干细胞(neural stem cells,NSCs)分化的影响及其作用机制。方法 本研究基于成功构建脊髓损伤大鼠模型,并制备不同刚度(0.7 k Pa、40 k Pa)的聚丙烯酰胺凝胶基底,将大鼠原代NSCs于不同刚度基底上培养。压电型机械敏感离子通道组件1 (piezo type mechanosensitive ion channel component 1,Piezo1) sh RNA质粒转染NSCs细胞。免疫荧光染色检测神经元标志物双皮质醇(doublecortion,DCX)和星形胶质细胞标志物胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)阳性细胞百分比。免疫组织化学及蛋白质免疫印迹(Western blot)法检测损伤组织及NSCs细胞中Piezo1蛋白的表达水平。结果 与0.7 k Pa基质刚度组相比,40 k Pa基质刚度组中DCX阳性细胞数增加,而GFAP阳性细胞数减少,Piezo1蛋白表达量上升。脊髓损伤大鼠损伤组织Piezo1蛋白表达显著高于空白对照(sham)组。40 k Pa基质刚度条件下沉默Piezo1后,DCX阳性细胞数减少,而GFAP阳性细胞数增加,差异具有统计学意义(P<0.05)。机制研究发现,沉默Piezo1导致IV型胶原及纤连蛋白表达下降。重组纤连蛋白逆转了Piezo1 sh RNA对NSCs分化的影响,即DCX阳性细胞数增加,而GFAP阳性细胞数减少。结论 综上可见,硬基底刚度通过促进Piezo1蛋白表达,上调IV型胶原及纤连蛋白表达,从而调控NSCs细胞分化。本研究为基于生物材料治疗脊髓损伤提供了新的视角。

解析机械力敏感离子通道蛋白的三维构造

据英国Nature（2015）doi：10．1038／nature15247报道，清华大学的肖百龙、高宁和杨茂君等人运用蛋白质工程、X射线晶体学、单粒子低温冷冻电子显微镜和活细胞免疫染色等项技术．以中等分辨水平解析了压力蛋白1离子通道的全分子结构。

机械敏感性离子通道TMEM63A在髓鞘形成障碍相关疾病中的作用

跨膜蛋白63A(transmembrane protein 63,TMEM63A)是一种机械敏感性离子通道(mechanosensitive ion channel,MSC),在髓鞘形成过程中发挥重要作用。TMEM63A于2019年与髓鞘形成低下性脑白质营养不良19型(hypomyelinating leukodystrophy 19,HLD19)相关联,确定为HLD19的致病基因。髓鞘是神经系统中由少突胶质细胞形成的兼具营养轴突和加速动作电位传导的结构,髓鞘形成障碍可表现为髓鞘形成低下、髓鞘囊性化和髓鞘变性。髓鞘中脂质含量丰富,不同脂质参与髓鞘形成、修复和胶质细胞与轴突识别等重要过程。TMEM63A变异导致的HLD19为髓鞘形成低下性疾病。TMEM63A变异可引起渗透压改变,细胞上TMEM63A跨膜蛋白受机械刺激产生电流,从而影响少突胶质细胞分化、成熟,导致髓鞘形成异常;同时,TMEM63A变异也可引起细胞膜脂质的分布异常,影响脂质正常功能,异常的脂质通过参与不同的髓鞘形成环节最终导致了髓鞘形成障碍。

不同加载时间流体剪切力对成骨细胞中piezo1机械敏感型蛋白表达的影响

目的:研究加载不同时间流体剪切力(FSS)对MC3T3-E1成骨细胞piezo1机械敏感型离子蛋白表达的影响。方法:利用自行设计的平行平板FSS加载装置,对MC3T3-E1成骨细胞施加12 dyn/cm^2FSS 0、15、30、45、60、90 min,采用免疫荧光染色实验检测piezo1机械敏感型离子蛋白的表达水平。结果:piezo1明显表达于成骨细胞细胞质及细胞核,细胞质尤为明显。对体外培养的MC3T3-E1细胞加载12 dyn/cm^2FSS,随着加载时间的延长,piezo1蛋白表达上调,在45 min左右达到高峰。结论:加载不同时间的12 dyn/cm^2FSS能够上调MC3T3-E1成骨细胞piezo1机械敏感型离子蛋白,加载45 min最合适。

成骨分化促进小鼠胚胎成骨前体细胞中压电型机械敏感离子通道组件1的表达

目的研究小鼠胚胎成骨前体细胞MC3T3-E1经成骨诱导后压电型机械敏感离子通道组件1(PIEZO1)的表达变化及意义。方法成骨诱导MC3T3-E1细胞后,于第0、14、21天分别进行茜素红染色观察钙结节和细胞形态,利用蛋白质印迹法(Western blot)、实时荧光定量聚合酶链反应(qRT-PCR)分别检测成骨诱导对各时间点PIEZO1蛋白和PIEZO1 mRNA表达的影响,组间比较采用One-way ANOVA检验。结果MCET3-E1成骨诱导0 d时基本未见红色钙化结节,细胞呈梭形;诱导14 d时出现钙化结节,细胞呈聚集样和层叠样生长,且随着诱导时间延长钙化结节数量增多,形状逐渐增大,细胞层叠样生长加重;同时MC3T3-E1中PIEZO1蛋白及mRNA的表达量随着成骨诱导时间的延长而逐渐增高(PIEZO1蛋白0 d组0.26±0.04、14 d组0.42±0.16、21 d组0.81±0.04,F=24.05,P<0.001;PIEZO1 mRNA 0 d组1.00±0.03、14 d组1.45±0.11、21 d组4.51±0.44,F=161.90,P<0.001),差异有统计学意义。结论成骨分化可促进MC3T3-E1在矿化结节形成期PIEZO1蛋白的表达。

机械牵拉对胚胎鸡心肌细胞大电导钾通道生物物理特性的影响

为了研究鸡心肌细胞BK通道对持续外加牵拉力的生物物理敏感性,从而了解心肌肥大和心力衰竭的发病机制,试验采用基底牵拉装置,对表达有克隆于胚胎鸡心肌细胞BK通道α亚基和共表达α、β亚基的胚胎鸡心肌细胞CHO-K1分别持续施加10%的拉伸应变24 h,应用单通道记录分析β亚基和钙离子在拉伸应变对BK通道生物物理特性影响中的作用。结果表明:拉伸应变作用于CHO-K1细胞后使通道的力敏感性明显增加,但牵拉对通道的钙离子依赖性影响不明显,而在此过程中β亚基并不起显著的作用。说明心脏在收缩、舒张时,心肌细胞由于遭受大的变形而产生力学作用,当这个力的作用超负荷时,会造成心肌肥大、心率不齐等一系列病变。

力信号转导的基本元件:机械力敏感离子通道的研究进展

对力的感知和响应是生命的特征之一,其分子机制一直是生命科学中最引人入胜、最富挑战性的系列问题之一。近年来人们发现,机械力敏感离子通道在细胞感知和响应机械力信号的过程中扮演了"哨兵"的重要角色。越来越多的离子通道被发现能够被机械力激活,从而开启下游的信号通路。其中,MscL和MscS是原核生物中研究最早、最深入的两种离子通道;在真核生物中,Piezo1和Piezo2两种离子通道因为其独特的曲率结构和在哺乳动物各种生理过程中的重要作用而逐渐成为研究的热点。该文主要对以上四种离子通道的研究历史、结构、门控机制以及潜在应用进行综述。

广谱机械力敏感离子通道抑制剂钌红调控眼压的实验研究

目的研究广谱机械力敏感离子通道抑制剂钌红对眼压的调控作用。设计实验研究。研究对象人原代小梁网细胞、C57BL/6J小鼠(2月龄)10只。方法分离培养人原代小梁网细胞,通过细胞形态和免疫荧光技术鉴定细胞类型;利用膜片钳技术记录机械力刺激下小梁网细胞机械力敏感电流的变化,并观察广谱机械力敏感离子通道抑制剂钌红对电流的抑制作用;将10只小鼠随机分为2组(每组5只):第1组(对照组)小鼠双眼前房内分别注射2 μl生理盐水,第2组(钌红组)小鼠双眼前房内分别注射2 μl 20 μM钌红。注射前日测量基础眼压,注射后每日测量眼压,并于注射12天后在小鼠每眼的前房设定15、25、35 mmHg压力下各灌注15 min生理盐水的方式测量房水流畅系数及注入速率。主要指标机敏电流(pA)、眼压(mmHg)和房水流畅系数(μl/min/mmHg)。结果钌红组给药后机械力敏感电流(-67.6±30.2pA)显著低于给药前(-309.7±65.9pA)(P=0.003);注射10天后,钌红组眼压为(14.67±2.11)mmHg,低于生理盐水组(17.85±3.66mmHg)(P=0.0604);注射12天后,钌红组房水流畅系数(0.01058±0.00236 μl/min/mmHg)明显低于生理盐水组(0.00324±0.00135μl/min/mmHg)(P=0.0273);灌注压为15mmHg时,钌红组注入速率(0.37±0.15μl/min)高于生理盐水组(0.28±0.05μl/min)(P=0.6278)。结论钌红有效抑制人小梁网细胞机械力敏感电流,降低小梁网房水引流功能;同时,钌红也可有效抑制房水生成速率,为青光眼治疗提供新思路。

力敏感离子通道参与机械性痛觉过敏的研究进展

机械性痛觉过敏是痛觉过敏的一种,表现为机械刺激引起的周围正常组织感觉敏感性增强,其传导机制十分复杂,目前尚未能完全阐明。近年来,有研究发现在真核生物中,多种力敏感离子通道(mechanosensitive ion channel, MSC)在机械痛觉过敏的传导中发挥着重要作用,其中主要包括瞬时受体电位(transient receptor potential, TRP)家族及压电(Piezo)离子通道家族等。位于外周神经末梢的MSC能被机械性刺激激活,从而参与疼痛信号的转导过程。而抑制MSC的开放,将有助于阻止这一信号的转导。由此,文章对不同类型MSC参与机械性痛觉过敏的机制做进一步的总结以及深入理解MSC参与机械性痛觉过敏的过程,从而为机械性痛觉过敏的治疗提供新的药物靶点。

细胞中力信号的传递途径和机制

为了进一步了解细胞力学,综述了细胞中力信号的传递途径有物理传导、力感受器、机械力敏感离子通道及其他力信号传导途径.其中详细叙述了在内皮细胞与非内皮细胞上均存在机械力敏感性离子通道,这些调节离子转运的通道可能在细胞感受机械力并将其转变为生化信号中发挥重要作用.在此基础上提出了其传导机制可能有配体和受体、结构改变、血小板在凝血中的机制等.受体和配体分子之间的结合具有特异性和可逆性,可通过粘附概率和接触时间的相关性求得动力学参数.

LSD1和PIEZO1在口腔癌中的表达及其与预后转归关系研究

目的分析赖氨酸特异性去甲基化酶1(LSD1)和压电型机械敏感离子通道组件1(PIEZO1)在口腔癌中表达及与预后转归的关系。方法选取2013年1月—2018年3月联勤保障部队第九二〇医院口腔外科收治的口腔癌患者113例,采用免疫组织化学法检测术中留取口腔癌组织和癌旁组织中LSD1、PIEZO1表达;分析口腔癌组织LSD1、PIEZO1表达与临床病理特征的关系;根据口腔癌组织LSD1、PIEZO1表达情况分为LSD1阳性表达组、PIEZO1阳性表达组、LSD1阴性表达组、PIEZO1阴性表达组;采用Kaplan-Meier法绘制LSD1、PIEZO1阳性/阴性表达口腔癌患者生存曲线,Cox回归分析影响口腔癌患者预后转归的因素。结果与癌旁组织比较,口腔癌组织中LSD1、PIEZO1阳性表达率升高(χ^(2)/P=47.684/<0.001、43.929/<0.001)。LSD1、PIEZO1在分化程度低、浸润深度>5 mm、TNM分期Ⅲ期、有淋巴结转移患者中阳性表达率升高(LSD1:χ^(2)/P=5.815/0.016、6.669/0.010、8.145/0.004、10.879/0.001,PIEZO1:χ^(2)/P=6.136/0.013、5.796/0.016、6.771/0.009、8.116/0.004)。113例口腔癌患者5年总生存率为56.64%(64/113)。Kaplan-Meier生存曲线分析显示,LSD1阳性表达组、PIEZO1阳性表达组5年总生存率分别低于LSD1阴性表达组、PIEZO1阴性表达组(χ^(2)/P=12.097/0.001、9.795/0.002)。低分化、浸润深度>5 mm、TNM分期Ⅲ期、有淋巴结转移和LSD1、PIEZO1阳性表达为影响口腔癌患者预后转归的独立危险因素[OR(95%CI)=3.131(1.129~8.679)、4.011(1.426~11.283)、5.100(1.274~20.417)、8.357(1.800~38.795)、3.623(1.059~12.395)、3.454(1.191~10.019)]。结论口腔癌组织LSD1、PIEZO1高表达,与分化程度、浸润深度、TNM分期、淋巴结转移和预后转归有关,可能成为口腔癌患者预后转归评估的生物标志物。

内皮系统基因及多态性与高血压的相关性研究进展

高血压是常见的慢性病,是以动脉血压持续升高为特征的心血管综合征,是我国心脑血管病死亡的重要原因。目前高血压已成为一个严峻的公共卫生问题。高血压发病机制复杂多样,随着对发病机制的不断探索,发现遗传因素在高血压的发生发展中起着重要作用。其中内皮系统基因及其动态性在高血压中发挥的作用已逐渐成为研究热点。现就几个内皮系统基因及其多态性与高血压的关系展开论述,以期为临床高血压的诊断和治疗提供新的思路。

Piezo1在运动调节免疫中的作用及分子机制研究进展

科学运动有益于身体健康。然而,在运动过程中,机体感受运动刺激的响应靶点和具体分子机制尚未完全阐明。运动传感器Piezo被证实能够响应多种机械力刺激,如触觉、痛觉、听觉,并在身体生理或病理调控中发挥关键作用。Piezo1通道在响应运动产生的机械刺激时被激活,其主要通过Ca^(2+)调节下游信号通路。总结Piezo1通道与运动调节免疫的相关研究发现,在运动促进肌肉骨骼免疫、增强机体抵抗力和调节慢性心血管疾病及其炎症免疫过程中均存在Piezo1的调控作用。重点归纳并评述了Piezo1在运动调控肌骨和慢性心血管疾病免疫反应过程中的调控机制,旨在为临床预防和治疗肌骨和心血管相关慢性疾病提供新的思路。

Piezo1离子通道在心血管病中的作用

机械信号转导是生理和病理条件下,细胞对各种机械力的基本反应[1]。细胞膜上离子通道的开放是机械力激活细胞信号的最早反应,参与机械转导的分子有机械敏感性离子通道、整合素、G蛋白耦联受体、细胞骨架等。Piezo蛋白是2010年发现的机械敏感性离子通道,是目前细胞机械力学研究热点。不同的机械信号,包括戳刺、拉伸、挤压力、剪切力均可使细胞膜上Piezo离子通道激活。

“门控-弹簧”模型及其在果蝇机械力信号转导中的分子基础

机械力是生物体生命活动中普遍存在的一种物理刺激,高等生物对机械力的感受是听觉、触觉、压觉以及平衡觉等重要生理过程的生物学基础。生物体中的感受器细胞对机械力信号的转导是上述感受的关键,这一信号转导过程可将细胞外机械力刺激转换为细胞的电信号或者化学信号。"门控-弹簧"模型("Gating-Spring"model)在细胞水平定量地描述了机械力信号转导的原理,但是其分子基础(包括机械力信号转导通路的分子组分,结构基础以及力学原理)依然有待探索。近年来,人们以果蝇为模式生物对上述问题进行了系统的研究,取得了重要的进展。本文对"门控-弹簧"理论进行了概述,并对在果蝇系统中取得的研究进展以及有待解决的问题进行综述和展望。