Genetics of Sensory Mechanotransduction

Ernstrom, Glen G.; Chalfie, Martin

doi:10.1146/annurev.genet.36.061802.101708

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“…It should be useful and efficient to bring the prowess of yeast genetics to bear on the dissection of Yvc1p. The discovery of MS in Yvc1p and its further investigation may reveal a unifying principle of how Trp-family channels serve to detect osmotic pressure or other physical forces (1). A basic principle derived from the research on MscL and MscS is that these prokayrotic channels detect stretch forces directly transmitted from the lipid bilayer.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

“…M echanosensitive (MS) ion channels, those that respond directly to mechanical forces, are generally believed to underlie the detection of touch, texture, balance, vibration, limb location, and osmotic pressure (1). In eukaryotes, several types of channels have been associated with mechanosensation, including the ENaC-like ''degenerins'' (2), the two-pore-domain K ϩ channels TREK and TRAAK (3), and several members of a class of channels called Trps (after transient receptor potential, the founding member in Drosophila phototransduction).…”

mentioning

confidence: 99%

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The transient receptor potential channel on the yeast vacuole is mechanosensitive

Zhou

Batiza²,

Loukin³

et al. 2003

Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.

147

123

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Ca 2؉ is released from the vacuole into the yeast cytoplasm on an osmotic upshock, but how this upshock is perceived was unknown. We found the vacuolar channel, Yvc1p, to be mechanosensitive, showing that the Ca 2؉ conduit is also the sensing molecule. Although fragile, the yeast vacuole allows limited direct mechanical examination. Pressures at tens of millimeters of Hg (1 mmHg ‫؍‬ 133 Pa) activate the 400-pS Yvc1p conductance in whole-vacuole recording mode as well as in the excised cytoplasmic-side-out mode. Raising the bath osmolarity activates this channel and causes vacuolar shrinkage and deformation. It appears that, on upshock, a transient osmotic force activates Yvc1p to release Ca 2؉ from the vacuole. Mechanical activation of Yvc1p occurs regardless of Ca 2؉ concentration and is apparently independent of its known Ca 2؉ activation, which we now propose to be an amplification mechanism (Ca 2؉ -induced Ca 2؉ release). Yvc1p is a member of the transient receptor potential-family channels, several of which have been associated with mechanosensation in animals. The possible use of Yvc1p as a molecular model to study mechanosensation in general is discussed.

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Section: Discussionmentioning

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The transient receptor potential channel on the yeast vacuole is mechanosensitive

Zhou

Batiza²,

Loukin³

et al. 2003

Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.

147

123

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“…Members of the degenerin family of epithelial sodium channels (DEG/ENaC) are involved in many aspects of sensory signaling, including mechanosensory responses in the touch cells of C. elegans, responses in mammalian mechanoreceptors, salt and sour taste in mice, and proton responses in sensory afferents [113][114][115][116]. In regard to thermosensory signaling, in vitro recordings find that many of these channels are potentiated by cold temperatures [117].…”

Section: Other Thermosensory Processesmentioning

confidence: 99%

Temperature sensing across species

McKemy

2007

Pflugers Arch - Eur J Physiol

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The ability to detect changes in temperature is a fundamental sensory mechanism for every species and provides organisms with a detailed view of the environment. This review focuses on what is known of the neuronal and molecular substrates for thermosensation across species, focusing on the three robust model systems extensively used to study sensory signaling, the nematode Caenorhabditis elegans, the fruit fly Drosophila melanogaster, and the laboratory mouse. Nematodes migrate to thermal climes that are amenable to their survival, a behavior that is regulated primarily through a single sensory neuron. Additionally, nematodes "learn" to seek out this temperate zone based upon their prior experience, a robust model of learning and memory. Drosophila larvae also prefer select thermal zones that are optimal for growth and have also developed vigorous mechanisms to avoid unfavorable conditions. In mammals, the transduction mechanisms for thermosensation have been identified primarily due to the fact that naturally occurring plant products evoke distinct psychophysical sensation of temperature change. More remarkably, the elucidation of the molecular sensors in mammals, along with those in Drosophila, has demonstrated conservation in the molecular mediators of temperature sensation across diverse species.

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“…Outre l'étude des modalités de la réponse cellulaire endothéliale et la découverte de l'identité des gènes répondant au stimulus méca-nique in vivo, une question fascinante concerne les bases molécu-laires de la mécanotransduction endothéliale. Dans la plupart des mécanorécepteurs, comme les soies sensorielles de drosophile ou les cellules ciliées de l'oreille interne de vertébré, on considère que l'élément pivot de la machinerie mécanotransductionelle est un canal ionique directement activé par le stimulus mécanique [1,2]. L'influx d'ions à travers le canal transductionnel dépolarise la membrane et active diverses réponses cellulaires.…”

Section: Réponses Cellulaires Aux Stimulus Mécaniquesunclassified

“…

…”

unclassified

Mécanotransduction des forces hémodynamiques et organogenèse

Sidi

Rosa

2004

Med Sci (Paris)

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La mécanotransduction, processus par lequel les cellules d'un organisme convertissent les stimulus méca-niques de leur environnement en message électrique, biochimique, ou génétique, est essentielle aux fonctions sensorielles telles que l'audition, le toucher, ou la nociception [1,2]. Néanmoins, les mécanorécepteurs de l'oreille interne et de l'épiderme ne détiennent pas le monopole mécanotransductionnel chez l'animal. Ainsi, des cellules aussi enfouies que les cellules endothé-liales (CE) cardiovasculaires agissent également comme des mécanorécepteurs, dont la fonction est d'intégrer les variations de forces hémodynamiques de la circulation, et de réguler en conséquence la structure, le remodelage et la tension vasculaires [3,4]. Des dysfonctionnements de la mécanotransduction des cellules endothéliales peuvent entraîner des maladies chroniques comme l'hypertension arté-rielle ou l'artériosclérose [3,4]. De récentes avancées indiquent que la mécanotransduction endothéliale ne se limite pas au contrôle de la physiologie cardiovasculaire, mais a aussi un impact significatif sur l'organogenèse, en particulier sur le développement cardiaque [5,6]. Cette découverte implique notamment que des anomalies de la contribution epigénétique des flux hémodynamiques pourraient être à l'origine de certaines cardiomyopathies. Cette hypothèse, probablement largement sous-estimée jusqu'ici, doit être explorée plus avant. Mécanotransduction des cellules endothéliales in vitroDe nombreuses études in vitro réalisées au cours des 20 dernières années militent contre l'idée simpliste selon laquelle les CE forment une couche monocellulaire inerte tapissant la surface interne du système cardiovasculaire, dont le rôle se limiterait à celui d'une simple tuyauterie sanguine [3,4]. Ainsi, l'application d'un flux laminaire à des CE en culture induit un réarrangement spectaculaire de leur cytosquelette d'actine (Figure 1) conduisant ces > Selon de nombreuses études in vitro, la cellule endothéliale cardiovasculaire serait capable de percevoir les variations mécaniques de son environnement immédiat -la circulation sanguineet de les convertir en messages biologiques complexes (remodelage cytosquelettique, régulation de l'expression génique, signalisation intercellulaire). Néanmoins, en raison de la létalité souvent inhérente à l'expérimentation sur le système cardiovasculaire, le rôle de la mécanotransduc-tion des cellules endothéliales in vivo demeure méconnu. De nouvelles expériences de blocage du flux sanguin réalisées chez l'embryon de poisson-zèbre -un modèle animal dont l'oxygénation tissulaire ne dépend pas du système cardiovasculaire -révèlent un rôle essentiel de la mécano-transduction endothéliale dans l'organogenèse, en particulier cardiaque. Ces découvertes suggè-rent que certaines cardiomyopathies humaines pourraient résulter d'anomalies de l'hémodyna-mique et/ou de l'activité transductionnelle des cellules endothéliales, et réaffirment l'importance de la contribution épigénétique dans le contrôle du développement embryonnaire. <

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Genetics of Sensory Mechanotransduction

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The transient receptor potential channel on the yeast vacuole is mechanosensitive

The transient receptor potential channel on the yeast vacuole is mechanosensitive

Temperature sensing across species

Mécanotransduction des forces hémodynamiques et organogenèse

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