Как клетки защищаются от механического стресса

Ионные каналы Piezo1 и Piezo2 известны тем, что открываются в ответ на малейшее механическое воздействие. Исследователи из MDC обнаружили, что эти каналы также чувствительны к изменениям мембранного потенциала. Эта чувствительность к напряжению, по-видимому, является древним свойством каналов, защищающим клетки от механического стресса.

Большинство каналов Piezo закрыты

До сих пор считалось, что Piezo1 и Piezo2 реагируют исключительно на механические стимулы. Однако исследовательская группа под руководством Гэри Левина из Центра молекулярной медицины Макса Дельбрюка (MDC) в Берлине обнаружила, что каналы Piezo на самом деле высокочувствительны к изменениям мембранного потенциала.

Клетки, вероятно, используют эту способность для защиты от механической перестимуляции, как сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Даже мухи и рыбы имеют защитный механизм

«Когда мембранный потенциал нормальный (в большинстве клеток это около ?60 мВ), примерно 95% всех каналов Piezo закрыты и остаются закрытыми даже при воздействии механических стимулов», — объясняет Левин. «Больше каналов активируется только тогда, когда напряжение изменяется и мембрана деполяризуется».

Учитывая, что зависимые от напряжения каналы Piezo также были обнаружены у плодовых мушек и рыбок данио, учёные пришли к выводу, что этот вновь открытый защитный механизм, вероятно, существует уже много миллионов лет. Более того, механизм даже более выражен у этих видов, чем у эволюционно более молодых видов, таких как мыши и люди.

Мутация в Piezo1 повреждает эритроциты

Важность регуляции напряжения демонстрирует не только её древнее происхождение. Мирко Морони также обнаружил мутацию в каналах Piezo1 человеческих клеток крови, которая изменяет их зависимость от напряжения. Это делает каналы гораздо более чувствительными к изменениям мембранного потенциала и, следовательно, к механическим стимулам.

«Люди с этой генетической мутацией страдают от заболевания, называемого наследственным ксероцитозом», — говорит Левин. Это врождённая аномалия эритроцитов, приводящая к анемии. Механизм, по-видимому, защищает клетки крови от механического стресса, с которым они сталкиваются, проходя через узкие кровеносные сосуды.

Механизм был обнаружен почти случайно

«Тот факт, что люди заболевают в результате изменения зависимости Piezo-каналов от напряжения, демонстрирует важность этого механизма — который так долго оставался незамеченным и был впервые обнаружен почти случайно», — говорит Левин.

Следующим шагом Левин и его коллеги хотят выяснить, влияет ли изменение зависимости от напряжения канала Piezo2 на осязание кожи.