- 獲得諾貝爾獎的人體“壓力傳感器”被拍攝
- 來源：互聯網 發表于 2023/8/29
GenEPi報告了體內piezo1依賴性活性的變化。來源:《自然通訊》(Nature Communications)， 2023年出版。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 40134 - y
英國帝國理工學院的研究人員拍攝到了人體“壓力傳感器”的活動，這些傳感器的發現者獲得了2021年諾貝爾生理學或醫學獎。
這種被稱為Piezo1和piezo2的傳感器離子通道遍布全身，從心臟、膀胱、腎臟到免疫系統和神經系統。倫敦帝國理工學院的研究人員現在對它們進行了成像，這可能為一系列疾病的新藥靶點指明道路。
壓電通道負責檢測和響應壓力變化，在調節血壓、呼吸、膀胱控制和免疫系統中起著至關重要的作用。因此，這些通道可能成為未來治療包括癌癥在內的疾病的重要藥物靶點。
到目前為止，研究壓電通道活動只能通過侵入性或間接技術來完成，例如監測細胞中鈣的一般波動。
為了對這些通道進行成像，由Periklis Pantazis博士領導的帝國理工學院研究人員開發了一種高度特異的生物傳感器GenEPi，當Piezo1通道被激活時，它會在顯微鏡下發光。他們在細胞和整個生物體水平上測試了GenEPi，成功地突出了Piezo1在人類腎臟、包皮、宮頸癌細胞、跳動的小鼠心臟細胞和整個斑馬魚胚胎中的活性。
表達HEK293T細胞GenEPi的TIRFM成像。HEK293T細胞瞬時表達GenEPi的視頻。時間戳為秒，刻度為5 μm。來源:《自然通訊》(Nature Communications)， 2023年出版。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 40134 - y
這是研究Piezo1活性的非侵入性和特異性視覺方法被開發出來，使研究人員能夠在健康和疾病狀態下詳細捕捉其行為。這項研究發表在《自然通訊》雜志上。
共同主要作者Konstantinos Kalyviotis是帝國理工學院生物工程系的博士研究員，他與蘇黎世聯邦理工學院Pantazis實驗室的前博士研究員Sine Yaganoglu共同領導了這項工作，他說:“壓力響應壓電通道對于維持我們身體的平穩運行非常重要。它們在感知我們體內的力量和調節血壓等過程中發揮著關鍵作用，當我們的膀胱被拉伸和充滿時，它們還會提示我們去洗手間。”
“Piezo1參與了許多對生命至關重要的系統。我們的可視化可能有助于揭示Piezo1在不同細胞環境下的全部活性。”
分化的GenEPi心肌細胞的自發跳動。一個具有代表性的自發跳動分化心肌細胞斑塊的影像。時間戳為秒，刻度為20 μm。來源:《自然通訊》(Nature Communications)， 2023年出版。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 40134 - y
為了研究這些通道，帝國理工學院和蘇黎世聯邦理工學院的研究人員設計了一種鈣離子報告器GenEPi，它可以特異性地連接到Piezo1通道而不影響其功能。只有當通道打開并允許鈣離子通過時，GenEPi才會發光。因此，科學家們現在可以第一次看到它們在何時何地活躍。
可視化這些通道的作用可以讓我們更好地理解它們在基本生理過程中的作用，比如新血管形成、細胞遷移和細胞增殖——這些過程都是癌細胞在腫瘤生長和轉移過程中所利用的。
一旦對這些通道在疾病中的活動有了更好的了解，它們就可以成為一種新的非化學藥物類型的靶標，這種藥物可以機械地補充更廣泛使用的藥物。
同樣來自生物工程系的作者Periklis Pantazis博士說:“能夠看到Piezo1的活性將使研究人員能夠可視化非化學藥物對Piezo1依賴性疾病的影響。我希望在未來十年看到基于這種機制的藥物得到開發。”
在分化的微組織中表達genepi的細胞對跳動的心肌細胞的反應。代表性GenEPi表達細胞在未解剖的自發跳動心肌細胞斑塊內的視頻。時間戳為秒，刻度為5 μm。來源:《自然通訊》(Nature Communications)， 2023年出版。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 40134 - y
發光和感應
壓電離子通道的概念起初是在2010年提出的，當時Ardem Patapoutian的實驗室發現，當用微移液管戳細胞時，細胞會產生可測量的電信號。這一起初的觀察導致了一種新型壓力響應通道的發現，它被恰當地命名為Piezo，以希臘單詞“π汪汪εσις/πι ω”命名，表示壓力。這一突破為Patapoutian贏得了2021年諾貝爾生理學或醫學獎。
帝國理工學院的研究人員專注于Piezo1，它幾乎存在于我們身體的每個細胞中，有助于調節生長，對環境力量和疾病做出反應。
機械刺激，比如壓力的變化，會導致壓電通道打開，主要讓鈣離子通過。這些離子的涌入引發了一種反應，這種反應到達大腦并允許它做出反應——例如，通過發送有意識的信號表明膀胱已經滿了，或者潛意識的信號表明血壓很高。這些信息誘導身體做出反應并恢復秩序，這一過程被稱為體內平衡。
斑馬魚心臟Tg(hsp70:GenEPi)的實時成像。熱休克Tg(hsp70:GenEPi)斑馬魚心臟跳動的代表性視頻。標尺100 μm。來源:《自然通訊》(Nature Communications)， 2023年出版。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 40134 - y
研究人員現在正將GenEPi的設計原理應用于開發和工程其他離子通道的光學報告器，而不影響其功能。他們還將繼續研究Piezo1在包括癌癥在內的一系列疾病中的作用。
Konstantinos說:“我們正處于揭開壓電通道對健康和疾病的深遠影響的旅程的開端。我們創新的生物傳感器是一種強大的工具，有望照亮這條發現之路，推動我們繼續追求知識。”
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