静息和激活状态下细胞内PIEZO1蛋白的纳米结构与形态变化

PIEZO1是一种机械敏感离子通道，能让多种细胞感知并响应机械刺激，对众多生理过程至关重要。以往冷冻电镜等研究揭示了其结构和功能框架，但对其在活细胞内的亚细胞分布及细胞微环境如何影响其构象和功能知之甚少。本研究通过3D-MINFLUX纳米镜结合DNA-PAINT技术，以纳米级精度探究了完整细胞中PIEZO1的纳米结构和构象变化。

研究首先发现，PIEZO1通道并非均匀分布在细胞膜上，而是聚集在一种独特的坑状凹陷中。这种凹陷不同于已知的网格蛋白包被小窝、小凹等经典膜凹陷结构，可能是机械转导的热点区域。通过测量单个PIEZO1通道的分子内距离，发现其静息和激活时的构象存在亚细胞区室特异性差异：例如在细胞体（膜较平坦）和神经突（膜高度弯曲）中，PIEZO1的叶片间距离不同，神经突中的PIEZO1更收缩，且对化学激活剂Yoda1更敏感。

进一步研究表明，细胞骨架是调控PIEZO1构象的关键内在因素。用细胞松弛素D破坏肌动蛋白细胞骨架后，细胞体中PIEZO1的构象分布与神经突中相似，叶片间距离减小，说明细胞骨架通过调节膜的可变形性影响PIEZO1构象。此外，PIEZO1并非处于连续的构象变化中，而是倾向于采取离散的、能量上有利的构象状态，可能对应弯曲、部分扁平化和完全扁平化等不同状态。

在机械刺激下，如低渗应激，PIEZO1坑状簇的深度减小，通道暴露的曲率发生变化，可能促进其激活。这些发现揭示了PIEZO1与细胞膜、细胞骨架之间复杂的力相互作用：PIEZO1改变膜形状，而膜和细胞骨架反过来影响其构象和功能，为理解细胞如何精准感知机械信号提供了新视角。