Mechanical Stimulation of Piezo1 Receptors Depends on Extracellular Matrix Proteins and Directionality of Force

受体 机械转化 细胞外基质 生物物理学 化学 细胞生物学 基质凝胶 刺激 方向性 细胞表面受体 压电1 基底层 整合素 神经科学 生物 离子通道 解剖 细胞 机械敏感通道 生物化学 超微结构 遗传学
作者
Benjamin M. Gaub,Daniel J. Müller
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:17 (3): 2064-2072 被引量:123
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.7b00177
摘要

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.
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