Synergy between Piezo1 and Piezo2 channels confers high-strain mechanosensitivity to articular cartilage

机械转化 压电1 机械敏感通道 细胞生物学 软骨 转导(生物物理学) 软骨细胞 离子通道 拉伤 解剖 生物 化学 生物物理学 生物化学 受体
作者
Whasil Lee,Holly A. Leddy,Yong Chen,Suk‐Hee Lee,Nicole A. Zelenski,Amy L. McNulty,Jason Wu,Kellie N. Beicker,Jeffrey M. Coles,Stefan Zauscher,Jörg Grandl,Frederick Sachs,Farshid Guilak,Wolfgang Liedtke
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:111 (47): E5114-22 被引量:439
标识
DOI:10.1073/pnas.1414298111
摘要

Diarthrodial joints are essential for load bearing and locomotion. Physiologically, articular cartilage sustains millions of cycles of mechanical loading. Chondrocytes, the cells in cartilage, regulate their metabolic activities in response to mechanical loading. Pathological mechanical stress can lead to maladaptive cellular responses and subsequent cartilage degeneration. We sought to deconstruct chondrocyte mechanotransduction by identifying mechanosensitive ion channels functioning at injurious levels of strain. We detected robust expression of the recently identified mechanosensitive channels, PIEZO1 and PIEZO2. Combined directed expression of Piezo1 and -2 sustained potentiated mechanically induced Ca(2+) signals and electrical currents compared with single-Piezo expression. In primary articular chondrocytes, mechanically evoked Ca(2+) transients produced by atomic force microscopy were inhibited by GsMTx4, a PIEZO-blocking peptide, and by Piezo1- or Piezo2-specific siRNA. We complemented the cellular approach with an explant-cartilage injury model. GsMTx4 reduced chondrocyte death after mechanical injury, suggesting a possible therapy for reducing cartilage injury and posttraumatic osteoarthritis by attenuating Piezo-mediated cartilage mechanotransduction of injurious strains.
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