The mechanosensitive ion channel Piezo1 contributes to ultrasound neuromodulation

压电1 神经调节 超声波 神经科学 刺激 医学 机械敏感通道 生物 离子通道 内科学 放射科 受体
作者
Jiejun Zhu,Quanxiang Xian,Xuandi Hou,Kin Fung Wong,Tingting Zhu,Zihao Chen,Dongming He,Shashwati Kala,Suresh Murugappan,Jianing Jing,Yong Wu,Xinyi Zhao,Danni Li,Jinghui Guo,Zhihai Qiu,Lei Sun
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:120 (18): e2300291120-e2300291120 被引量:142
标识
DOI:10.1073/pnas.2300291120
摘要

Transcranial low-intensity ultrasound is a promising neuromodulation modality, with the advantages of noninvasiveness, deep penetration, and high spatiotemporal accuracy. However, the underlying biological mechanism of ultrasonic neuromodulation remains unclear, hindering the development of efficacious treatments. Here, the well-known Piezo1 was studied through a conditional knockout mouse model as a major mediator for ultrasound neuromodulation ex vivo and in vivo. We showed that Piezo1 knockout (P1KO) in the right motor cortex of mice significantly reduced ultrasound-induced neuronal calcium responses, limb movement, and muscle electromyogram (EMG) responses. We also detected higher Piezo1 expression in the central amygdala (CEA), which was found to be more sensitive to ultrasound stimulation than the cortex was. Knocking out the Piezo1 in CEA neurons showed a significant reduction of response under ultrasound stimulation, while knocking out astrocytic Piezo1 showed no-obvious changes in neuronal responses. Additionally, we excluded an auditory confound by monitoring auditory cortical activation and using smooth waveform ultrasound with randomized parameters to stimulate P1KO ipsilateral and contralateral regions of the same brain and recording evoked movement in the corresponding limb. Thus, we demonstrate that Piezo1 is functionally expressed in different brain regions and that it is an important mediator of ultrasound neuromodulation in the brain, laying the ground for further mechanistic studies of ultrasound.
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