Piezo1构象与膜力学之间的递归反馈驱动其自组织形成有限簇

Piezo1 是一种主要的机械敏感性离子通道，细胞通过该通道将物理力转化为依赖钙离子的信号程序。在活细胞膜中，这一转换不仅取决于通道是否被激活，还取决于 Piezo1 通道是保持分散状态、组装成有限大小的簇，还是聚集于受体信号与机械力共同促使膜发生重组的位点。单通道的力感知如何被放大为这些集体性空间状态，迄今仍不清楚。本文鉴定出一种膜反馈机制，可将单通道机械感知转化为自组织的 Piezo1 簇。将通道形态与膜–皮质弹性相耦合表明，相邻通道能够松弛共享的形变场，从而产生一种有效相互作用：短程吸引与较长程排斥相互对抗。随着通道密度或膜张力增加，这种平衡相互作用会促使 Piezo1 从分散通道转变为介观尺度的有限大小簇。布朗动力学模拟再现了实验观察到的 Piezo1 簇几何形态以及肿胀诱导的簇生长；而对不同细胞系统的比较则表明，Piezo1 的组织方式可纳入一个共同的密度–张力框架。将同一机制应用于脂多糖（LPS）激活的巨噬细胞后发现，受体诱导的膜重组能够使 Piezo1 在局部富集，并达到形成簇集的阈值。总体而言，这些结果重新界定了 Piezo1 的机械转导：它并非仅仅是孤立通道的力感知过程，而是一种由膜驱动的自组织过程，能够在细胞内对依赖力的钙信号传导产生空间偏置。

Piezo1 是一种主要的机械敏感性离子通道，细胞通过该通道将物理力转化为依赖钙离子的信号程序。在活细胞膜中，这一转换不仅取决于通道是否被激活，还取决于 Piezo1 通道是保持分散状态、组装成有限大小的簇，还是集中于受体信号与机械力共同重组膜结构的位点。单通道力感知如何被放大为这些集体性的空间状态，至今仍不清楚。本文鉴定出一种膜反馈机制，可将单通道机械感知转化为自组织的 Piezo1 簇。将通道形状与膜-皮质弹性相耦合表明，相邻通道能够松弛彼此共享的形变场，从而产生一种有效相互作用：短程吸引与较长程排斥相抗衡。随着通道密度或膜张力增加，这种平衡相互作用会推动 Piezo1 从分散分布转变为介观尺度的有限簇。布朗动力学模拟重现了实验观察到的 Piezo1 簇几何结构以及由细胞肿胀诱导的簇增长；而对不同细胞系统进行比较则表明，Piezo1 的组织方式可置于一个共同的“密度–张力”框架之中。将同一机制应用于 LPS 激活的巨噬细胞后，我们揭示了受体诱导的膜重组如何使 Piezo1 在局部区域内富集，并超过形成簇的阈值。总体而言，这些结果将 Piezo1 机械转导重新界定为一种由膜驱动的自组织过程，而非孤立通道的力感知过程；该过程能够在细胞内对依赖力的钙信号传导产生空间偏置。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.14.751624v1?rss=1

🏷️ Piezo1机械敏感性离子通道 膜力学 蛋白质自组织 有限簇形成 机械转导 钙信号传导