Molecular machines stimulate intercellular calcium waves and cause muscle contraction
Molecular machines stimulate intercellular calcium waves and cause muscle contraction
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分子机器刺激细胞间钙波并引起肌肉收缩
DOI：
10.1038/s41565-023-01436-w
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发表时间：
2023
影响因子：
38.3
通讯作者：
Santos, Ana L.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Beckham, Jacob L.;van Venrooy, Alexis R.;Kim, Soonyoung;Li, Gang;Li, Bowen;Duret, Guillaume;Arnold, Dallin;Zhao, Xuan;Li, John T.;Santos, Ana L.
细胞间钙波(ICW)是一种复杂的信号现象，控制着许多基本的生物学活动，包括平滑肌收缩、囊泡分泌、基因表达和神经元兴奋性的变化。因此，ICW的远程刺激可以导致多种生物调节和治疗策略。在这里，我们展示了光激活分子机器(MM)--在分子尺度上执行机械工作的分子--可以远程刺激ICW。MM由一个多循环转子和定子组成，当被可见光激活时，这些转子和定子围绕中心烯烃旋转。活体细胞钙示踪和药理学实验表明，MM诱导的ICW是由单向、快速旋转的MM激活肌醇-三磷酸介导的信号通路所驱动的。我们的数据表明，MM诱导的ICW可以控制体外心肌细胞的肌肉收缩和九头蛇体内的动物行为。这项工作展示了一种使用分子尺度设备直接控制细胞信号和下游生物功能的策略。
Intercellular calcium waves (ICW) are complex signalling phenomena that control many essential biological activities, including smooth muscle contraction, vesicle secretion, gene expression and changes in neuronal excitability. Accordingly, the remote stimulation of ICW could result in versatile biomodulation and therapeutic strategies. Here we demonstrate that light-activated molecular machines (MM)—molecules that perform mechanical work on the molecular scale—can remotely stimulate ICW. MM consist of a polycyclic rotor and stator that rotate around a central alkene when activated with visible light. Live-cell calcium-tracking and pharmacological experiments reveal that MM-induced ICW are driven by the activation of inositol-triphosphate-mediated signalling pathways by unidirectional, fast-rotating MM. Our data suggest that MM-induced ICW can control muscle contraction in vitro in cardiomyocytes and animal behaviour in vivo inHydra vulgaris. This work demonstrates a strategy for directly controlling cell signalling and downstream biological function using molecular-scale devices.
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