Airway stretch sensor

Piezo2 senses airway stretch and mediates lung inflation-induced apnoea.  Nature 541: 176-181.

Respiratory dysfunction is a notorious cause of perinatal mortality in infants and sleep apnoea in adults, but the mechanisms of respiratory control are not clearly understood.  Mechanical signals transduced by airway-innervating sensory neurons control respiration; however, the physiological significance and molecular mechanisms of these signals remain obscured.  Here we show that global and sensory neuron-specific ablation of the mechanically activated ion channel Piezo2 causes respiratory distress and death in newborn mice.  Optogenetic activation of Piezo2+ vagal sensory neurons causes apnoea in adult mice.  Moreover, induced ablation of Piezo2 in sensory neurons of adult mice causes decreased neuronal responses to lung inflation, an impaired Hering–Breuer mechanoreflex, and increased tidal volume under normal conditions.  These phenotypes are reproduced in mice lacking Piezo2 in the nodose ganglion.  Our data suggest that Piezo2 is an airway stretch sensor and that Piezo2-mediated mechanotransduction within various airway-innervating sensory neurons is critical for establishing efficient respiration at birth and maintaining normal breathing in adults.

「呼吸において肺は膨張と収縮とをくり返す。肺の体積の変化は感覚神経により感知され、この情報は脳幹の呼吸中枢へと送られて呼吸のパターンの制御にかかわる。しかしながら、これまで、肺の体積の変化を検出するセンサーの実体およびその生理的な重要性の詳細については明らかではなかった。今回、筆者らは、マウスを用いて感覚神経に発現するカチオンチャネルPiezo2が肺の膨張を感知する機械的な受容体であることを示した。さらに、Piezo2により検出される肺の機械的な情報は、成体のマウスにおいて肺の過膨張をふせぐために必要であったことにくわえ、出生の直後の仔マウスにおいて正常な呼吸のパターンが確立されるために必要であった。この研究においては，呼吸における機械的な情報の重要性が明確にされた。」

以上、日本語の要約はライフサイエンス新着論文レビューより。

ということで、カチオンチャネルである Piezo2 は、肺の膨張を感知するメカノセンサーとして呼吸パターンの制御に重要な働きを持っているというお話。Piezo2欠損マウスは出生直後に呼吸不全をともない死亡するのだが、肺の発生過程において形態、細胞の分化などに異常は観察されないことから、Piezo2が出生後の呼吸パターンの確立に必要であることが分かった。Wnt1Creを用いて、neural crestに由来する神経節である jugular, trigeminal and dorsal root ganglia でPiezo2をノックダウンすると、Piezo2欠損マウスと同様、出生直後に呼吸不全をともない死亡する。つまり、この呼吸パターンの確立には、感覚神経におけるPiezo2を介したmechanotransductionが必要であると。ちなみにこのWnt1Cre; Piezo2[cKO]でもPiezo2欠損マウスでも、肺のairspacesが小さくなっていることが確認されている。組織像を見ると、細胞が過増殖しているようにも見えるけど、隙間が小さくなってそう見えるだけなのかな。