2022年5月2日，国际学术期刊Genesis在线发表了国科大杭州高等研究院生命与健康科学学院周斌首席教授工作室研究成果“Generation ofPiezo1-CreERtransgenic mice for visualization and lineage tracing of mechanical force responsive cellsin vivo”
在机体生长发育与组织损伤修复的过程中，细胞和组织往往会受到外界复杂的机械力学刺激。及时感知外界机械力学信号对细胞、组织乃至整个生物个体都具有十分重要的生理意义。机械力敏感离子通道(Mechanosensitive ion channels , MSCs)能帮助细胞感知外界的机械力学信号，并在毫秒的时间尺度内将其转换为电信号或者细胞内的化学信号，进一步激活下游信号通路，调控细胞的增殖、分化和迁移等多种生理活动。
Piezo1是一种广泛存在于哺乳动物中的机械力敏感通道蛋白，参与调控包括血管发育、动脉重塑、血压调节等在内的多种生理活动。这意味着Piezo1+细胞在机体发育、组织稳态、损伤修复中扮演着重要的角色。尽管目前已经有了例如Piezo1-tdTomato(Sanjeev S Ranade, 2014, PNAS, PMID:24958852) ;Piezo1-lacZ(Cahalan,Elife, 2015, PMID:26001274)等的工具小鼠来描绘小鼠组织中Piezo1+细胞的表达图谱，但直至目前，仍旧缺少一种能够应用于追踪Piezo1+细胞及其后代命运变化的工具小鼠，以探究该类细胞在稳态发育和损伤修复等重要生理过程中的命运转变。
基于上述背景，该研究构建并鉴定了一种能够用于在体内示踪Piezo1+细胞的工具小鼠—Piezo1-CreER，并利用此工具研究了小鼠胚胎期、新生期以及成体期各组织Piezo1的动态表达变化。该研究首先利用CRISPR/Cas9技术，通过同源重组方式在Piezo1基因起始密码子位点定点敲入CreER，得到Piezo1-CreER小鼠品系。将Piezo1-CreER与Rosa26-Ai47小鼠杂交，得到Piezo1-CreER;Rosa26-Ai47品系小鼠。在tamoxifen的诱导下，小鼠体内Piezo1+细胞表达绿色荧光蛋白，从而实现对Piezo1+细胞及其后代的谱系示踪。
图注：Piezo1-CreER;Rosa26-Ai47小鼠在tamoxifen诱导后Piezo1+细胞表达
绿色荧光蛋白的原理示意图
利用该工具小鼠，本研究对小鼠发育不同时期Piezo1表达图谱展开绘制。该研究发现，在小鼠胚胎期E13.5天，Piezo1主要表达在内皮细胞中，几乎不在胚胎的上皮细胞中表达，预示着在小鼠胚胎发育过程中，内皮细胞是主要的外界机械力学刺激的感知者。在小鼠新生期第4天，该研究观测到有少量的上皮细胞也开始表达Piezo1。而在10周大的成体小鼠中，Piezo1除了在内皮细胞中有较高的表达丰度外，在各组织器官的特异性上皮细胞中也广泛表达，如肺脏的纤毛细胞，肝脏的肝细胞，胰腺的腺泡细胞等。总之，本研究构建并鉴定了可用于体内示踪Piezo1+细胞及其后代的工具小鼠，并利用此工具绘制了Piezo1在小鼠胚胎期E13.5天，新生期P4天以及成体期10周各组织的动态表达图谱。
图注：Piezo1在小鼠胚胎期E13.5天，新生期P4天及成体10周时在内皮细胞(ECs)与上皮细胞（EPCs）的表达丰度示意图
国科大杭州高等研究院生命与健康科学学院周斌课题组研究生李旭枫为该论文第一作者。杭州高等研究院周斌教授与西湖大学何灵娟教授为该论文通讯作者。该研究得到分子细胞卓越中心与西湖大学的动物实验技术平台、细胞分析技术平台的大力支持。该工作得到中国科学院、基金委、科技部、上海市科委等经费支持。
