PIEZO1-Gen

Das PIEZO1-Gen (PIEZO1 steht für: Piezo-Typ-mechanosensitiver Ionenkanal-Komponente 1) ist ein Protein-kodierendes Gen, das auf Chromosom 16q24.3 lokalisiert ist. Zu den mit diesem Gen assoziierten Signalwegen gehören monoatomare Kationenkanalaktivität und mechanosensitive monoatomare Ionenkanalaktivität. Damit verbunden sind Reaktion von Endothelzellen auf Scherbeanspruchung und zelluläre Reaktionen auf Stimuli. Ein wichtiges Paralog dieses Gens ist PIEZO2.

Das von diesem Gen kodierte Protein ist ein mechanisch aktivierter Ionenkanal, der mechanische Kräfte mit biologischen Signalen verbindet. Das kodierte Protein enthält 36 Transmembrandomänen und fungiert als Homotetramer (Andolfo I et al. 2013). Die Leitfähigkeit für einwertige Alkalimetallionen ist für K(+) am höchsten, für Na(+) mittel und für Li(+) am niedrigsten. Zweiwertige Ionen mit Ausnahme von Mn(2+) durchdringen den Kanal, jedoch langsamer als einwertige Ionen, und sie reduzieren auch die K(+)-Ströme (Gnanasambandam R et al. 2015). Erzeugt Ströme, die durch eine lineare Strom-Spannungs-Beziehung gekennzeichnet sind und empfindlich auf Rutheniumrot und Gadolinium reagieren.

Der Ionenkanal spielt eine Schlüsselrolle bei der Epithelzelladhäsion, indem es die Integrinaktivierung durch R-Ras-Rekrutierung zum ER, höchstwahrscheinlich in seinem aktivierten Zustand, und anschließende Stimulation der Calpain-Signalübertragung aufrechterhält (McHugh BJ et al. 2010).

Piezo-Kanäle sind homotrimere, dreiflügelige, propellerförmige Strukturen, die einen Kappenbewegungs- und Steck- und Verriegelungsmechanismus nutzen, um ihre ionenleitenden Bahnen zu steuern. In den Haarzellen des Innenohrs können die PIEZO1/2-Untereinheiten Teil des mechanotransduzierenden (MET) nicht-selektiven Kationenkanalkomplexes sein, wo sie als porenbildende ionenleitende Komponente des Komplexes fungieren können.

In der Niere kann es zur Erkennung von intraluminalen Druckänderungen und zur Erfassung des Harnflusses beitragen. Wirkt als Scherbeanspruchungssensor, der durch Aktivierung von Calpain die Organisation und Ausrichtung der Endothelzellen in Richtung des Blutflusses fördert.

Der Ionenkanal spielt eine Schlüsselrolle bei der Blutgefäßbildung und der Gefäßstruktur sowohl in der Entwicklung als auch in der adulten Physiologie . Wirkt als Sensor für den Phosphatidylserin (PS)-Flip an der Plasmamembran und steuert die Morphogenese von Muskelzellen.

In Myoblasten löst die durch Flippase vermittelte PS-Anreicherung an der inneren Schicht der Plasmamembran die Kanalaktivierung und den Ca2+-Einstrom aus, gefolgt von einer Rho-GTPase-Signalübertragung, die zur Bildung von kortikalen Aktomyosin-Fasern und zur Myotubusbildung führt (Tsuchiya M et al. 2018).

Zu den mit PIEZO1 assoziierten Krankheiten gehören Dehydrierte hereditäre Stomatocytose 1 (die hereditäre Stomatozytose ist eine genetisch bedingte hämolytische Anämie, die auf einem Strukturdefekt der Erythrozyten beruht) mit oder ohne Pseudohyperkaliämie und/oder perinatalem Ödem und Lymphatische Malformation .

1. Andolfo I et al. (2013) Multiple clinical forms of dehydrated hereditary stomatocytosis arise from mutations in PIEZO1. Blood 121:3925-35
2. Gnanasambandam R et al. (2015) Ionic Selectivity and Permeation Properties of Human PIEZO1 Channels. PLoS One 10:e0125503.
3. McHugh BJ et al. (2010) Integrin activation by Fam38A uses a novel mechanism of R-Ras targeting to the endoplasmic reticulum. J Cell Sci 123:51-61.
4. Tsuchiya M et al. (2018) Cell surface flip-flop of phosphatidylserine is critical for PIEZO1-mediated myotube formation. Nat Commun 9:2049.