機械的なイオンチャネルPiezo2は、機械的力に対するエンテロクロマフィン細胞応答にとって重要です

重要なポイント：胃腸上皮腸腸腸球菌（EC）細胞は、体のセロトニンの大部分を合成します。特殊な機械センサーとして、EC細胞は機械的な力に応じてこのセロトニンを放出します。ただし、EC細胞機械伝達の分子メカニズムは不明です。本研究では、メカノセンシティブイオンチャネルPiezo2がヒトおよびマウスEC細胞によって特異的に表現されることを初めて示します。機械的な力によるピエゾ2の活性化は、特徴的なイオン電流、セロトニンの放出と胃腸分泌の刺激をもたらします。薬物または分子ノックダウンによるピエゾ2阻害は、機械感受性電流、セロトニン放出、および下流の生理学的効果を減少させます。本研究の結果は、メカノセンシティブイオンチャネルPiezo2がヒトおよびマウスの小腸のEC細胞によって特異的に発現され、EC細胞の機械伝達にとって重要であることを示唆しています。 要約：胃腸（GI）上皮のエンテルクロマフィン（EC）細胞は、ほぼすべての全身セロトニン（5-ヒドロキシトリプタミン; 5-HT）の供給源であり、重要な神経伝達物質と内分泌、自己結晶およびパラクリンの馬です。ECセルは特殊なメカノセンサーであり、機械的な力に応じて5-HTを放出することはよく知られています。ただし、EC細胞の機械伝達メカニズムは不明です。本研究の目的は、Piezo2がEC細胞の機械的節約に関与しているかどうかを判断することを目的としています。Piezo2 mRNAは、小腸のすべてのセグメントからヒト空腸とマウス粘膜で発現しました。Piezo2免疫反応性は、ヒトおよびマウスの小腸上皮のEC細胞内に特異的に局在しています。EC細胞モデルは、ストレッチに応答して5-HTを放出し、Piezo2 mRNAとタンパク質、およびPiezo2の機械的に敏感な内向きの非選択的陽イオン電流を有していました。内向き電流と5-HT放出の両方が、Piezo2の小さな干渉RNAおよび拮抗薬（GD3+およびD-GSMTX4）によって阻害されました。空腸粘膜圧力は、粘膜下5-HT3および5-HT4受容体を介して5-HT放出と短絡電流を増加させました。圧力誘発性分泌は、機械感受性イオンチャネル拮抗薬ガドリニウム、ルテニウム赤、D-GSMTX4によって阻害されました。ヒトおよびマウスの小腸Gi上皮のEC細胞は、機械感受性イオンチャネルPiezo2を選択的に発現し、力によるPiezo2の活性化は内向き電流、5-HT放出、粘膜分泌の増加につながると結論付けています。したがって、Piezo2はEC細胞の機械感受性と下流の生理学的効果にとって重要です。

KEY POINTS: The gastrointestinal epithelial enterochromaffin (EC) cell synthesizes the vast majority of the body's serotonin. As a specialized mechanosensor, the EC cell releases this serotonin in response to mechanical forces. However, the molecular mechanism of EC cell mechanotransduction is unknown. In the present study, we show, for the first time, that the mechanosensitive ion channel Piezo2 is specifically expressed by the human and mouse EC cells. Activation of Piezo2 by mechanical forces results in a characteristic ionic current, the release of serotonin and stimulation of gastrointestinal secretion. Piezo2 inhibition by drugs or molecular knockdown decreases mechanosensitive currents, serotonin release and downstream physiological effects. The results of the present study suggest that the mechanosensitive ion channel Piezo2 is specifically expressed by the EC cells of the human and mouse small bowel and that it is important for EC cell mechanotransduction. ABSTRACT: The enterochromaffin (EC) cell in the gastrointestinal (GI) epithelium is the source of nearly all systemic serotonin (5-hydroxytryptamine; 5-HT), which is an important neurotransmitter and endocrine, autocrine and paracrine hormone. The EC cell is a specialized mechanosensor, and it is well known that it releases 5-HT in response to mechanical forces. However, the EC cell mechanotransduction mechanism is unknown. The present study aimed to determine whether Piezo2 is involved in EC cell mechanosensation. Piezo2 mRNA was expressed in human jejunum and mouse mucosa from all segments of the small bowel. Piezo2 immunoreactivity localized specifically within EC cells of human and mouse small bowel epithelium. The EC cell model released 5-HT in response to stretch, and had Piezo2 mRNA and protein, as well as a mechanically-sensitive inward non-selective cation current characteristic of Piezo2. Both inward currents and 5-HT release were inhibited by Piezo2 small interfering RNA and antagonists (Gd3+ and D-GsMTx4). Jejunum mucosal pressure increased 5-HT release and short-circuit current via submucosal 5-HT3 and 5-HT4 receptors. Pressure-induced secretion was inhibited by the mechanosensitive ion channel antagonists gadolinium, ruthenium red and D-GsMTx4. We conclude that the EC cells in the human and mouse small bowel GI epithelium selectively express the mechanosensitive ion channel Piezo2, and also that activation of Piezo2 by force leads to inward currents, 5-HT release and an increase in mucosal secretion. Therefore, Piezo2 is critical to EC cell mechanosensitivity and downstream physiological effects.