Mechano-signaling via Piezo1 prevents activation and p53-mediated senescence of muscle stem cells

压电1 细胞生物学 衰老 生物 再生(生物学) 骨骼肌 机械敏感通道 干细胞 心肌细胞 离子通道 解剖 生物化学 受体
作者
Yundong Peng,Jingjing Du,Stefan Günther,Xinyue Guo,Shengpeng Wang,André Schneider,Li Zhu,Thomas Braun
出处
期刊:Redox biology [Elsevier]
卷期号:52: 102309-102309 被引量:44
标识
DOI:10.1016/j.redox.2022.102309
摘要

Skeletal muscle stem cells (MuSCs), also called satellite cells, are instrumental for postnatal muscle growth and skeletal muscle regeneration. Numerous signaling cascades regulate the fate of MuSCs during muscle regeneration but the molecular mechanism by which MuSCs sense mechanical stimuli remain unclear. Here, we describe that Piezo1, a mechanosensitive ion channel, keeps MuSCs in a quiescent state and prevents senescence. Absence of Piezo1 induces precocious activation of MuSCs, attenuates proliferation, and impairs differentiation, essentially abolishing efficient skeletal muscle regeneration and replenishment of the MuSC pool. Furthermore, we discovered that inactivation of Piezo1 results in compensatory up-regulation of T-type voltage-gated Ca2+ channels, leading to increased Ca2+ influx, which strongly induces NOX4 expression via cPKC. Elevated NOX4 expression in Piezo1-deficient MuSCs increases ROS levels and DNA damage, causing P53-dependent cellular senescence and cell death. The importance of the P53/P21-axis for mediating Piezo1-dependent cellular defects was confirmed by pharmacological inhibition of P53 in Piezo1-deficient mice, which abrogates increased senescence of muscle cells and normalizes muscle regeneration. Our findings uncover an essential role of Piezo1-mediated mechano-signaling in MuSCs for maintaining quiescence and preventing senescence. Reduced mechano-signaling due to decreased physical activity during aging may contribute to the increase of senescent cells and the decline of MuSC numbers in geriatric mice and humans.
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