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Angew. Chem. :机械拉伸增加胞吐囊泡释放量2024-08-06
作为一种依赖于囊泡膜与细胞膜复杂融合的细胞过程,囊泡胞吐受到胞外微环境中的各种机械力的调控,例如渗透压、膜张力、剪切力等。近年来,越来越多的研究表明,机械刺激可以激活细胞膜上的力学感受器,进而引发细胞内的生化信号通路,如钙响应、囊泡的运输和聚集。然而,机械力是否以及如何影响胞吐过程中囊泡内容物释放尚不明确。

单细胞电化学方法具有时空分辨率高、灵敏度高等优势,在定量化学信号分子释放和揭示单个胞吐事件动力学信息方面发挥了重要的作用。然而,现有的电化学传感器大多数是刚性硬质电极,难以适应细胞在机械力作用下的变形,严重阻碍了对单细胞力学信号转导过程的探究。

近日,武汉大学黄卫华教授和刘艳玲教授团队开发了一种简便且高度可控的微米级可拉伸电化学传感器制备策略,通过将单个肾上腺嗜铬细胞培养在微电极表面,拉伸微电极对细胞施加机械形变,同时实时监测拉伸诱导的儿茶酚胺胞吐释放,首次实现了对拉伸应变诱导的单个细胞囊泡胞吐事件的实时定量监测,并以此揭示机械力对囊泡胞吐动力学的调控作用。

 

 

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该团队通过结合光刻技术和掩膜法,成功制备得到尺寸可调的微米级可拉伸电化学传感器,该传感器对儿茶酚胺具有优异的传感性能。随后将单个肾上腺嗜铬细胞培养在尺寸为30 μm × 30 μm的微电极表面,对电极施加30%机械形变并实时安培监测,结果证实,机械力可以通过激活Piezo1离子通道诱导钙离子内流,从而引发嗜铬细胞胞吐释放儿茶酚胺。

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通过对比化学刺激(62.5 mM K+)与机械刺激诱发胞吐释放的动力学信息,发现相比于化学刺激,机械应变能够通过加速融合孔的打开和延长融合孔的关闭,导致更多的儿茶酚胺从囊泡中释放出来。进一步对相关蛋白的研究证实该过程可能是由机械力导致的F-肌动蛋白解聚以及发动蛋白水平下调所介导。

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这项工作提出了一种利用微尺度可拉伸电化学传感器来研究机械力调控细胞行为和功能的新策略,基于嗜铬细胞取得的结果为理解机械刺激如何调节神经传递和细胞信号提供了新的视角。

文信息

Mechanical Strain Induces and Increases Vesicular Release Monitored by Microfabricated Stretchable Electrodes

Jing Yan, Fu-Li Zhang, Kai-Qi Jin, Jia-Xin Li, Li-Jun Wang, Dr. Wen-Ting Fan, Prof. Dr. Wei-Hua Huang, Prof. Dr. Yan-Ling Liu

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202403241

 

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