Canales mecano sensitivos : sentir la tensin en un mundo bajo presinLas plantas, al igual que otros organismos, se enfrentan a mltiples restricciones mecnicas generadas tanto en sus tejidos y por los ambientes circundantes. Ellos necesitan sentir y adaptarse a estas fuerzas a lo largo de su vida. Para ello, han surgido diferentes mecanismos dedicados a la fuerza de transduccin. Aqu nos centramos en protenas fascinantes: las (MS) canales mecano sensitivos. Mecanosensing en plantas ha sido descrita por siglos pero la identificacin molecular de los canales de MS producido slo recientemente. Esta crtica se dirige a los bilogos de plantas y biomecnicos de plantas que quieren ser introducido a la identidad del canal MS, cmo funcionan y lo que podran hacer en planta? En esta revisin, electrofisiolgicos propiedades, los reglamentos y las funciones de los canales MS bien caracterizados que pertenecen a las bacterias y los animales se comparan con los de las plantas. Se discuten las propiedades comunes y especficas. Deducimos que las herramientas y los conceptos de campos animales y bacterianos pueden ser tiles para mejorar nuestra comprensin de mecano transduccin planta. Canales MS incrustados en su membrana plasmtica se intercalan entre la pared celular y las consecuencias citoesqueleto. Tambin hacemos hincapi en lo importante que es para sondear las fuerzas mecnicas a nivel celular y sub celular en planta con el fin de revelar la relacin ntima que une la membrana con la actividad del canal MS. Por ltimo vamos a proponer nuevas pistas para ayudar a revelar sus funciones fisiolgicas a nivel de tejidos y plantas.Todos los organismos, desde las bacterias hasta los mamferos y plantas, experimentan fuerzas mecnicas. Estas fuerzas son ubicuos y muy diversa procedente de tanto el interior y el medio ambiente externo. Una de las fuentes ms comunes de estimulacin detectada por las plantas y los animales es tacto (presin, tensin de cizallamiento). Como los animales, las plantas son sensibles a la gravedad que gua su crecimiento con respecto al vector de gravedad. Las clulas tambin generan sus propias fuerzas intracelulares como es obvio durante la divisin celular, la elongacin celular, o ajuste despus del desafo osmtico. Mientras que los animales tienen que lidiar con los lquidos circulantes (sangre y orina) y gases (pulmones), as como elementos contrctiles (msculos), clulas vegetales con su alta presin de turgencia representar sistemas vivos muy peculiares e interesantes desde un punto de vista mecnico.En los ltimos aos, se ha hecho evidente que la capacidad de las clulas para detectar y adaptarse a estas fuerzas es crucial para una amplia gama de procesos biolgicos. Despus de dos dcadas, durante las cuales la gran mayora de los estudios se dedic a la diseccin de las vas de regulacin de genes, la mecnica est ahora estn integrando progresivamente en la red, tanto como de salida (el impacto de los genes en la mecnica de clulas) y la entrada (el impacto de la mecnica seales en la actividad del gen; Figura 1). Tcnicas y herramientas emergentes ahora permiten la medicin y la manipulacin de fuerzas mecnicas in vitro e in vivo progresivamente. Esto ha llevado a un renacimiento en curso en el estudio de la mecnica.Las clulas no slo sobreviven estimulacin mecnica, sino tambin lo utilizan como una fuerza impulsora para disear su propia arquitectura y servir funciones biolgicas. Esto explica por qu las clulas y los organismos han establecido mecanosensores. Tres grupos de protenas pueden cumplir esta funcin: las protenas de unin, elementos estructurales, y los canales de iones MS.Entre las protenas de unin ms conocidas son las integrinas. Estas protenas estn incrustadas en la membrana plasmtica y permiten un acoplamiento mecnico entre la matriz extracelular y el citoesqueleto de actina. Ellos se describen bien en el campo de los animales y protenas-integrina como se presentan en las plantas. NDR1 (Non- especfica raza Resistencia1 de Enfermedades), por ejemplo, se sugiere a desempear un papel en la adhesin de la pared de plasma de la membrana celular y se requiere durante la interaccin planta-patgeno. En las plantas, las protenas quinasas serina-treonina asociados con la pared celular son buenos candidatos para la transduccin de fuerzas mecnicas. Entre ellos se encuentran Waks y Teseo similares al receptor de la quinasa y otros miembros de la gran familia de RLKs membrana localizada El citoesqueleto puede participar en varias etapas durante los procesos mecano transduccion como se ha demostrado ampliamente en el campo animal. Puede transmitir directamente las fuerzas mecnicas a travs de la clula y tambin controlar en gran medida tensin de la membrana y la organizacin En esta revisin nos centraremos en los mecano sensores ms conocidos: los canales de EM.MS CANALES: Una caracterstica comn de los organismos vivos de bacterias hasta los mamferosCanales mecano sensitivos son protenas fascinantes, pudiendo servir como sensores y efectores. Incrustado en membranas, se convierten los estmulos mecnicos tales como la tensin en el plano de la membrana y la curvatura en seales elctricas o bioqumicos, lo que lleva a la regulacin de un amplio repertorio de procesos celulares que permiten respuesta adaptativa. Directamente cerrada por el estmulo mecnico, MS canales converso (en milsimas de segundo) una fuerza mecnica en la variacin potencial transmembrana elctrica. Por lo tanto los canales de MS son (con la foto transduccin) los ms rpidos transductores conocidos hasta la fecha en los sistemas biolgicos.Canales mecano sensitivos fueron descubiertos en chick miocitos esquelticos embrionarias por Guharay y Sachs (1984) utilizando la tcnica de patch clamp Luego, en 1987, las primeras grabaciones se obtuvieron en bacterias y fueron seguidos un ao ms tarde por las primeras grabaciones en las plantas. Fue en ese momento cuando comenz la bsqueda de candidatos moleculares. El primer canal de la EM a ser clonado fue el MscL (MS canalizar gran conductancia) de Escherichia coli en 1994 y un segundo paso importante fue la clonacin del primer canal MS mamferos en 1998. Desde entonces, el desciframiento de los genomas de organismos ha proporcionado varios candidatos de protenas para mecano sensing. Numerosos otros canales MS han sido identificados, pero slo recientemente (20 aos despus de la primera grabacin de un canal de MS de la planta) que los canales MS pertenecientes a dos familias diferentes fueron identificados en las plantas. Mid1-Como complemento de la actividad (MCA) que muestra una identidad del 10% a la levadura Mid1 y correlacionada con Ca2 + afluencia de MCA1 junto con MSL (MSC-Like), homlogos de los dbilmente selectivos bacterianas Mscs canales activados por estiramiento, han abierto un nuevo campo de investigacin.La combinacin de la genmica, molecular, y enfoques electrofisiolgicos est empezando a proporcionar informacin interesante sobre el papel de los canales de MS de la percepcin mecnica al comportamiento organismo.En esta revisin, en lugar de mostrar los candidatos canal caracterizan dentro de varios organismos, presentaremos algunos canales emblemticos de sistemas bacterianos y vegetales. Hemos elegido para presentar canales slo bien electrofisiolgicamente caracterizados cuya membrana se extiende representa un importante factor de regulacin tableCada Msc (S o L) en E. coli presenta una tensin umbral nico para la activacin de ~6.0 y ~12.0 mN / m, respectivamente, Biofsica se acerca en MSCS y Msc Las wellas estudios realizados sobre purificado MscL, muestran que la protena sola reconstituy en liposomas retienen mechano sensitivity, lo que indica que ambos canales detectan directamente tensin de la membrana desarrollado en la bicapa lipdica por s soloLas bacterias estn bien documentados por su capacidad para sobrevivir y crecer en condiciones de cambiar la osmolaridad. Cuando se enfrentan a un choque hipoosmtica sbita (que puede tener lugar, por ejemplo, en las bacterias gastrointestinales expuestos a la elaboracin de alimentos, las bacterias marinas repente expuestos a agua o del suelo bacterias frescas atrapados en el agua de lluvia), se producir una rpida afluencia de agua. En consecuencia, la tensin de la membrana mecnica aumentar rpidamente. Esto no debe exceder de alrededor de 15 mN.m-1. Por encima de este nivel, la ruptura de la membrana producir la lisis de la clula. Con el fin de evitar esta situacin, el exceso de tensin de la membrana debe ser aliviada rpidamente. Sobre la base de los experimentos realizados en knock-out (KO) bacterias, se propuso por Levina. que las MSC y MscL representan dos "vlvulas" eficientes que actan sinrgicamente permitiendo el flujo osmolito despus de hincharse. MSCS es la "vlvula" no es de emergencia mientras MscL representa la "vlvula" final antes de la ruptura de la membrana.Combinando anlisis electrofisiolgicos de EcMscS mutantes con el modelado, Rowe y col. (2014) present una nueva perspectiva emocionante en funcin de MSCS. Los autores abordan la cuestin de la aglomeracin macromolecular, lo que reduce el volumen intracelular de disolvente disponible para otras molculas, sobre MSCS funcionamiento. Ellos muestran que adems de su papel como una vlvula de flujo de salida, MSCS es tambin uno de los sensores de hacinamiento interna de compuestos de gran peso molecular. Argumentan para una funcin de MSC en clulas amuralladas turgentes sobre el mantenimiento de su volumen, forma y resistencia mecnica, evitando el drenaje excesivo. Teniendo en cuenta la delgadez del compartimiento de citosol (2-10% del volumen de clula de la planta), que es probablemente muy concurrida, esto proporciona una nueva funcin interesante buscar en los canales mscs-como de las membranas plasmticas de las plantas.TREK-1: Un polimodal CANALMecano sensitivo canales pueden ser modulados por numerosos estmulos distintos de los mecnicos y los canales TREK que estn bien descritas en mamferos constituyen un buen ejemplo. TREK significa canal de potasio relacionados con TWIK, TWIK de pie para "Tandem de poro de dos dominios de K + en un dbil rectificacin hacia dentro K +. En los mamferos, TREK pertenece al canal de potasio (K2P) de la familia de dominio de dos de los poros y, como un canal de potasio, es responsable de la repolarizacin celular, controlando de este modo tanto el reposo y la actividad elctrica de las clulas dinmico. TREK-1, TREK-2, y TRAAK son los nicos miembros que se mechanogated y TRAAK es el nico canal de MS eucariota para los que se han determinado las estructuras cristalinas, con las MSC bacterianas y MscL siendo los nicos otros canales MS cristalizado hasta ahora. TREK-1 junto con TRAAK, como canales de MS bacterianas, conservan su sensibilidad mecano cuando se reconstituye en liposomas que indica que son sensibles a estirarse sin la necesidad de un segundo mensajero o cualquier forma de el anillo del citoesqueleto o la matriz extracelular. Este comportamiento comn de MscL, MSCS, TREK-1, TRAAK muestra que la fuerza de lpidos principio (FFL), propuesto para los canales E. coli MS de esferoplastos por Martinac et al. (1987), se puede generalizar a los canales de eucariotas no relacionados estructuralmente. El FFL es un principio fundamental fisicoqumica basado en el hecho de que la bicapa de auto-ensamblado necesita fuerzas inherentes que son grandes y anisotrpico. A continuacin, las protenas embebidas en la bicapa se someten a estas fuerzas de empuje y atraccin. El principio de FFL y su relevancia para los canales de EM en contextos biofsicos y fisiolgicos fue ilustrada recientemente por Teng et al. (2014).Varios estudios de funcin estructura tambin proporcionaron informacin crucial para una mejor comprensin de la compuerta de estos canales y juntos estos enfoques contribuyen a hacer TREK, uno de los canales de EM ms estudiados con las MSC bacterianas y MscL. Aparte de la propia bicapa, TREK-1 actividad est regulada por una gran cantidad de estmulos (Tabla 1). Su actividad es de hasta modulada por el calor, la acidosis intracelular, la despolarizacin, los anestsicos voltiles y abajo modulada por la activacin extracelular de PKA y PKC vas de fosforilacin. Adems, la estimulacin de receptores acoplados a Gq, incluyendo mGluR1 metabotrpico, y los receptores mGluR5, inhibe TREK-1 actividad. Ms directamente relacionado con la estimulacin mecnica, TREK-1 est modulada por el calor, los lpidos (lisofosfolpidos y cidos grasos poliinsaturados) y tambin por el citoesqueleto acta como un represor tnica. Aparte de estos reglamentos, los canales TREK se caracterizan por la existencia de varias variantes producidas por empalme alternativo y la traduccin de iniciacin alternativa que contribuye a la diversidad de funciones TREK. Hasta la fecha, no analgica TREK se ha encontrado en los genomas de plantas secuenciados.En los mamferos (seres humanos / ratones) TREK-1 tiene una amplia distribucin tisular y con su compleja regulacin gating est implicada en diversos procesos biolgicos. Desempea un papel central en la neuro proteccin isqumica y epilepsia, vasodilatacin, depresin, la anestesia general y la percepcin del dolor.PIEZO: UN CANAL GRANDE CON UN PAPEL EN protena MECANOPERCEPCION Piezo (de la "p'esi" griega que significa presin) ha demostrado ser un componente esencial de un canal de MS no selectivo catinico a partir de clulas de neuroblastoma de ratn (Tabla 1). La protena es de aproximadamente 2500 aminocidos de longitud con 24-36 predijo dominios trans-membrana que no muestra homologa con otros canales sensibles ya conocidos MS o de tensin. En la membrana, protenas Piezo1 se encuentran para ser organizado en una estructura gigantesca homotetrameric pero el experimento no mostraron que la unidad de formacin de poros era un tetrmero. Tambin clonado un gen homlogo llamado Piezo2 de dorsales del ratn las clulas ganglionares de la raz con propiedades electrofisiolgicas similares. Despus de la expresin, purificacin y reconstitucin en bicapas lipdicas artificiales, Piezo1 ha demostrado ser la subunidad formadora de poros. Mutaciones Piezo1 se asociaron con anemia hemoltica autosmico dominante. El grupo de Patapoutian tambin demostr que Piezo2 se expresa en un complejo mecano en la piel del ratn y es necesario para la percepcin tctil suave (2014 Woo et al.). De la misma manera, las protenas Piezo en larvas de Drosophila han demostrado ser crucial para las respuestas a estmulos mecnicos nocivos.Elementos piezoelctricos son protenas fascinantes y todava no est claro por qu estas protenas son tan grandes. Es tentador hipotetizar que el gran nmero de dominios transmembrana junto con gran tamao de las protenas podran constituir un sensor eficaz para la curvatura de la membrana. En cualquier caso, esta estructura inusual para un mechanotransducer es probable que sugieren otras funciones. Piezo, una protena conservada evolutivamente, presenta un nico homlogo en el genoma de la planta modelo Arabidopsis, proporcionando un nuevo candidato interesante para mechanosensors de plantas.ACCESO MS ACTIVIDAD A NIVEL CELULARPatch-clamp COMBINADO CON ALTA VELOCIDAD PRESION-ClampREVELA PROPIEDADES ntimos de mechanosensitive abrazadera CANALES Patch es una poderosa tcnica que permite la grabacin de la actividad del canal con una alta resolucin en trminos de tiempo (ms), as como el flujo de iones (PA). La Figura 2A es un resumen de las diferentes configuraciones que se pueden lograr en patch clamp. El uso de la configuracin de clula completa permite la grabacin de la actividad de la poblacin de canal presente en una membrana mientras que las otras configuraciones posibles de parche seleccionar un pequeo nmero de canales en la punta de la pipeta, lo que permite la resolucin de la actividad de un solo canal. Estas ltimas configuraciones se alcanzan a travs de una configuracin de conexin celular que mantiene la integridad intracelular, cumpliendo as con las vas de transduccin, o por medio de un parche extirpado lo que permite una mejor caracterizacin travs del cual el ambiente inico en ambos lados de la membrana est totalmente controlada. Configuraciones de parche extirpados tambin se nos permite analizar el papel del citoesqueleto. Se ha demostrado que los elementos del citoesqueleto estn fuertemente desestabilizadas en esta configuracin en comparacin con el modo de clula unida. Slo extirpados y parches de clulas vinculada permitir la aplicacin de una amplia gama de presiones y, por lo tanto, el resalte de la relacin entre la probabilidad de apertura y tensin de la membrana de un solo canal. El desarrollo del sistema de abrazadera de presin en los aos noventa se ha convertido en una herramienta clave para la aplicacin de medidas de presin rpido a los parches de membrana (Figura 2B).La capacidad de medir relajaciones de los canales siguientes cambios de paso en la presin positiva / negativa en combinacin con las tcnicas de patch clamp ha lanzado muchos estudios sobre el anlisis del tiempo, la tensin y la presin de la dependencia de la apertura y cierre de los canales de MS de diferentes organismos, ejemplificada en la figura 2B con el canal de Arabidopsis mechanosensitve MSL10. As, la relacin entre la probabilidad abierta / presin se ajusta a una curva sigmoidea llama una funcin de Boltzmann, indicando los valores de umbral y mximo (saturacin) de tensin del canal. La pendiente de la sigmoidea representa la fuerza de la dependencia de canal hacia la tensin de la membrana. La situacin ms artificial, pero lo mejor controlada, se encuentra cuando el canal de MS se reconstituye en una bicapa de membrana artificial de un proteoliposoma de forma esfrica (Figura 2C). Aqu, no slo es el ambiente inico bien controlada, pero la composicin de lpidos de la membrana tambin se domina. La ausencia de elementos del citoesqueleto es tambin una gran ventaja que permite el acceso directo a las propiedades mecnicas de la membrana sin el citoesqueleto de interferencia, ya sea con el canal o la propia membrana. En estas diferentes configuraciones, la aplicacin de una presin positiva o negativa permitir la entrega de tensin controlada a la membrana si se mide la curvatura del parche (Suchyna et al., 2004). Despus de esto, los canales individuales de MS se pueden caracterizar con una muy buena resolucin en el tiempo (milisegundos) o bien en las membranas nativas o artificiales.Un anlisis cuidadoso y detallado de los fenmenos fsicos que se generan en el parche de membrana sellada en la punta de la pipeta han llevado autores subrayar el lmite de la tcnica de patch clamp-presin. Aunque la presin en la pipeta puede ser controlada con precisin, su conversin en tensin local, el parmetro que activa los canales de MS, no es sencillo. En su papel, Sachs (2010) discute los diferentes elementos que intervienen en la generacin de tensin local mecnica: la tensin de campo lejano, la separacin de fases, el citoesqueleto y la energa de adhesin entre la membrana y la pipeta de parche. La tcnica de presin-clamp es actualmente una de las maneras ms fciles de activar mecnicamente y grabar canales individuales, pero diversos mtodos de estimulacin mecnica se han desarrollado para estimular y canales de grabacin en todo el nivel celular.OTRAS TCNICAS Para activar MS CANALESLas ventajas y limitaciones de estas tcnicas son una cuestin de discusin activa. En la Figura 2D dos de estas tcnicas se ilustran. La tcnica meter se utiliza comnmente para aplicar la estimulacin mecnica a las clulas individuales. Durante la grabacin en la configuracin de clulas enteras, la estimulacin se logra generalmente usando una pipeta de vidrio pulido al fuego (dimetro de la punta 3-5 micras). Controlado movimientos a la baja de esta sonda de prensa a la clula contra su apoyo, activando as los canales MS. Esta tcnica en particular, llev al descubrimiento de canales piezoelctrico.La tcnica de fibra de carbono permite un estiramiento axial controlado de la clula y se desarroll primero en cardiomiocitos (Le Guennec et al., 1990). Las fibras de carbono estn unidos a la membrana celular a travs de fuerzas electrostticas (las mismas fuerzas que sellan la pipeta patch-clamp a la membrana). La fibra de carbono se convierte en flexin fuerzas generadas por la clula (tal como en respuesta a un choque osmtico) whileamicroelectroderecordsthecurrentflowingthrough canales MS (Figura 2D). En lugar de utilizar fibra de carbono, tambin es posible utilizar capilares de vidrio recubiertas con pegamento. Estos capilares estn unidos a un transductor de fuerza que permite una grabacin directa de la fuerza generada por la clula mientras se estira. Estas tcnicas tambin se utilizan para probar las propiedades mecnicas de los tejidos tales como la rigidez. En cuanto a la tcnica de Empujando, la amplitud del movimiento hacia abajo en comparacin con el dimetro de las clulas puede, en algunos experimentos, producir una deformacin excesiva. Esto lleva a un uso de esta tcnica con los estmulos que generan cepa de clulas fisiolgicamente relevante. Hasta ahora, estas tcnicas se han desarrollado exclusivamente en clulas animales. Su adaptacin a las clulas vegetales es de gran inters para el desarrollo de nuestro conocimiento de los canales de MS de la planta.Tanto en el plano se ha demostrado tensin de la membrana y la curvatura de la membrana para activar los canales de MS. Esto se puede lograr mediante la incorporacin asimtrica de amphipaths en forma de cono (Martinac et al., 1990). Thesemolecules, abletoinsert selectivamente en un folleto de la membrana (Sheetz y Singer, 1974), crear curvatura positiva o negativa. La activacin por amphipaths difiere de la tensin de la membrana en el plano porque implica curvatura de la membrana local como el factor de activacin (Tabla 1; Yoo y Cui, 2009). MscL y MSCS se activan, incluso en ausencia de la presin aplicada, cuando se inserta lisofosfatidilcolina en forma de cono en la membrana. Esta propiedad de activacin tambin es compartida por el canal eucariota. TREK-1, por ejemplo, se abre por crenators, mientras est cerrado por taza formadores.MS CANALES SON TRANSDUCTORES RPIDOS DE TENSION MEMBRANA CAMBIOSLa capacidad para controlar con precisin la estimulacin mecnica con el sistema de abrazadera de presin rpido ha proporcionado informacin valiosa sobre la cintica de activacin, inactivacin, y la desactivacin de los canales de MS de diferentes organismos. Las MSC, que acta como una vlvula de liberacin osmolito tensiondriven en bacterias, exhibe inthe10mstimerange activacin rpida (Boeretal., 2011). Inresponseto EcMscS estmulo sostenido y moderado exhibe cintica de desensibilizacin complejo que est compuesta tanto de adaptacin del canal que probablemente est relacionado con la mecnica de la membrana y la inactivacin del canal. En la Figura 3A, la decadencia actual de la poblacin MSCS est representado en el caso de una tensin sub-saturacin aplicada a la membrana. En tales condiciones, la fraccin de disminucin debido a la inactivacin es dominante sobre la fraccin debido a la adaptacin. Sin embargo, utilizando un protocolo de presin especfica (no se presenta en la Figura 3), la combinacin de etapas de acondicionamiento prolongados intercalados con pulsos saturar cortas) permitidos para la distincin entre estos dos procesos interrelacionados y dirigidos Rowe et al. para mostrar que la inactivacin se incrementa en presencia de agentes de hacinamiento (Rowe et al., 2014). El potencial relevancia fisiolgica propuso como resultado de esta adaptacin de canal y esta inactivacin dependiente es apretado para enlazar tanto la sensibilidad a la tensin de la membrana y la presin desplazando el fin de limitar la disipacin del gradiente de vital y tomainta en streng celular thand turgencia durante hipo choque osmtico.Varios canales de MS eucariotas tambin presentan una cintica complejos, con TREK y Piezo siendo ejemplos bien conocidos. Ambos activan en un perodo muy corto de tiempo, en el rango de unos pocos milisegundos, y luego inactivan bajo tensin de la membrana sostenida (Figura 3B). TREK desensibilizacin fue reportado como dependiente en absoluto dbilmente o no en el citoesqueleto y la tensin en las clulas de mamferos (2006 Honore et al.) Y esto fue confirmado recientemente en bicapas lipdicas artificiales donde an estaban inactivados TREK y TRAAK (Brohawn y col., 2014) . Piezo1 inactivacin es abolida cuando Zn2 + en lugar de Mg2 + es perfundido en la cara intracelular y no hay otros reguladores se han descrito hasta ahora (Gottlieb et al., 2012). Mecanismos que modulan la desensibilizacin de los canales MS estn lejos de ser plenamente comprendido y merecen ms estudio, ya que constituyen una caracterstica importante de la actividad del canal inico.Desde una perspectiva funcional, la inactivacin puede tener diferentes roles. Una de las funciones de inactivacin podra ser para proteger los againstnonspecificresponses celulares. De hecho, inactivationguaranteesthat si el canal debe abrir no puede permanecer abierto durante un largo periodo de tiempo. La inactivacin tambin significa que los canales se vuelven insensibles a la estimulacin, por lo que si la estimulacin se produce a una alta frecuencia, el primer estmulo se activarn los canales pero no los siguientes estmulos, y en este caso el canal puede actuar como un filtro de frecuencia.En cuanto a los canales de EM en las plantas, muy pocos datos electrofisiolgico ha estado disponible hasta la fecha. El reciente descubrimiento de aniones mscs-similares y cationes canales MCA permeables en Arabidopsis permeables hasnotyetgiventheauthorstheopportunitytodeliver una completa caracterizacin cintica. Sin embargo, un estudio electrofisiolgico reciente En mscs-like10 expresar ovocitos edin Xenopus (Maksaev y Haswell, 2012) indica apertura lenta y cierre kineticsof thechannelinresponsetosharpstepsof tensionapplied a la membrana. A diferencia EcMscS, pero al igual, no se detect la inactivacin de la homloga planta bajo tensin sostenida muchos otros MSC-como procariotas canales (MscSP, MscCG, MscK) (para una revisin ver Cox et al., 2014). Los autores del presente trabajo tambin encontraron activacin y desactivacin cintica, en el rango de 0,1 s, cuando se sobreexpresa AtMscS-like10 en un sistema homlogo (Figura 3C). La existencia o no de un proceso de inactivacin del canal MscSlike10 planta es todava bajo investigacin y podran depender del sistema de expresin utilizado (Xenopus protoplastos ovocitos / planta). Tal proceso de inactivacin significara alojamiento de la clula bajo una estimulacin mecnica sostenida como ocurri en E. coli para su contraparte MSCS. Es necesario realizar ms exploracin en las plantas con el fin de obtener una imagen completa de la funcin de la planta canal MS.PLANTAS MS CANALESLas clulas vegetales OFRECEN UN PECULIAR "entorno mecnico" para MS CANALESPlantas y animales clulas han desarrollado sus propias matrices intracelulares y extracelulares que difieren en la organizacin y la composicin estructural. Las clulas vegetales presentan paredes Pecto celulsico muy rgidos, en particular debido a la presencia de microfibrillas de celulosa que tiene rigidez comparable a la del acero. Por el contrario, los animales tienen clulas de la pared-less en la que las propiedades mecnicas de la membrana dependen en gran medida de la red del citoesqueleto. En las plantas, los microtbulos forman una red cortical denso y actina crea una red interna leve mientras que en las clulas animales se invierte la situacin. En este ltimo, la mecnica de clulas son altamente retransmiten a un citoesqueleto de actina contrctil y la membrana mientras que en las plantas, la presencia de una matriz extracelular rgido est diseado para moderar la contribucin del citoesqueleto. En los animales, cada vez hay ms evidencia de un papel significativo para actina como un rel en la activacin del canal MS. En las plantas, slo un estudio realizado en los canales celulares guardia MS (combinando electrophysiologyandpharmacology) indicateschannelactivation caso de alteracin de los filamentos de actina y la inhibicin del canal con la estabilizacin de la actina. Los microtbulos que representan el componente mecnico importante del citoesqueleto vegetal (Nick, 2013) todava no se han investigado por su papel en la activacin del canal MS.Mirando ms profundamente en la estructura de la continuidad de la planta en la pared membranecytoskeleton, vale la pena considerar los puntos de contacto que conectan estos compartimentos. Para la membrana de citoesqueleto, esto se ejemplifica por una pltora de modelplants proteinsidentifiedbytherecentlysequencedgenomesof asociadas a los microtbulos (Gardiner, 2013). Protena asociada enlazador citoplasmtica (CLASP) representa un ejemplo de estas protenas de anclaje recientemente identificados aunque el mecanismo ntimo an debe ser investigado (Brandizzi y Wasteneys, 2013). La clula anormal raz hinchazn y aumento de pedidos de los microtbulos de cierre-1 mutantes (Ambrose et al., 2007) hace hincapi en la importancia de este linkageprotein en la configuracin celular y sugiere un papel en la deteccin de fuerza de la corteza. Otra indicacin de la relacin entre la pared celular y las redes de microtbulos es el patrn paralelo de microfibrillas de celulosa con los microtbulos (Szymanski y Cosgrove, 2009). Adems, los experimentos de imgenes de clulas vivas en hipocotilo proporcionan evidencia de que el citoesqueleto cortical gua el movimiento de los complejos de celulosa sintasa (Paredez y col, 2006;. Chan y col, 2011).. Los significados fsicos y biofsicos de estos contactos estrechos en trminos de informacin estrs es bien discutidos por Szymanski y Cosgrove (2009) y Cosgrove y Jarvis (2012), pero poco investigados por la comunidad cientfica. Adems de la contribucin de sus elementos estructurales, las propiedades mecnicas de clulas dependen en gran medida de la presin osmtica comnmente en el intervalo de 2,300- 6,800 mm Hg (0,3-0,9 MPa) en las clulas en crecimiento (Cosgrove, 1993) y estiman en hasta 75.000 -375 000 mm Hg (10-50 MPa) para tensiones pared de traccin. Para poner estos valores en el contexto y ayudar a darse cuenta de lo peculiar entorno mecnico es en las plantas, hemos ilustrado algunas presiones registradas en las clulas vegetales con respecto a algunos hitos y presiones utilizadas en electrofisiologa para activar los canales de EM. Como la tensin en lugar de la presin activa los canales MS, tambin hemos ilustrado tensiones aunque muy pocos datos ha estado disponible en la literatura hasta el momento (Figura 4).Mientras que la presin de turgencia es uniforme e isotrpico dentro de la clula, las tensiones de la pared no son generalmente uniformes, sino que dependen de la geometra de la clula, espesor de pared celular, y la pared propiedades mecnicas. En el caso de una clula que crece (a menudo se encuentran en las plantas) propiedades fsicas son dinmicos, con extensibilidad de la pared que vara dentro de minutos o incluso segundos (Wolf et al., 2012).Todos los puntos mencionados requieren integracin en una visin biofsica de la clula vegetal. Combinando fsica molecular y modelado enfoques conducir a la elaboracin de un mapa de fuerzas dentro de la clula, permitiendo preguntas cruciales que hay que responder, como; cul es la contribucin mecnica de la pared celular? Se absorben la mayor parte de la tensin aplicada a la clula o lo hace por debajo de la membrana plasmtica se comportan como el elemento bajo tensin? Son los puntos calientes puntos de vinculacin para el estrs? Entonces, los canales MS caracterizados por la tcnica de patch clamp (en entornos simplificados: bicapa, proteoliposoma, protoplastos) podra ser asignada con la distribucin de la deformacin celular para entender dnde y cuando estn fisiolgicamente relevante.Sondeo fuerzas mecnicas EN PLANTA. Un gran trabajo que hacer en el futuro cercano!Un paso crucial en la comprensin del papel de mechanosensors es saber dnde y cundo se producen fuerzas mecnicas dentro de las clulas y tejidos, y para poder cuantificarlos. Curvatura de la membrana, as como de la membrana y citoesqueleto de tensin, que son moduladores de los canales esenciales MS, han sido mal descrito hasta ahora. La razn principal es que hasta hace poco, no haba tcnicas para estudiar estas fuerzas en vivo. Afortunadamente, hoy en da esta importante rea que controla muchos procesos biolgicos est recuperando mucho inters debido a la aparicin de nuevas herramientas.Se ha convertido en mejor y mejor establecido que el citoesqueleto es un potente regulador de la tensin de la membrana, la forma y organizacin en las clulas animales (Ofer y col, 2011;. Saravanan et al, 2013;. Al-Rekabi et al, 2014).. En las clulas vegetales, por lo que, aunque menos establecido su papel, sondeando su estado mecnico ser muy til para comprender mejor su efecto sobre los canales de EM. Las sondas fluorescentes basadas en la transferencia de energa de resonancia Frster tcnica (FRET) fueron diseados recientemente para detectar variaciones de tensin dentro del citoesqueleto (Meng y Sachs, 2011; Guo y col, 2013). Con sensibilidad picoNewton nica (Grashoff et al, 2010).. La adaptacin de estos sensores a las clulas vegetales representa un reto apasionante y permitir a las fuerzas mecnicas dentro del cuerpo de la planta para ser mapeados.Para completar esta "cartografa cepa" in planta, el uso de sondas fluorescentes sensibles a la curvatura (asimetra en el embalaje de los lpidos) permitir el dibujo del mapa micro curvatura de la membrana, otro importante regulador de canal de la EM. Sondas fluorescentes genticamente codificados ya existen en los animales como las protenas de dominio BAR (BIN1-anfifisina-Rvs167;. Pedro etal, 2004; Ren y col., 2006), que tiene homlogo en plantas (Zhuang y Jiang, 2014) y -sinuclena (Pranke et al., 2011). Curiosamente, estos sensores de curvatura se han demostrado para ser eficiente en diferentes organismos (Pranke et al., 2011), por lo que la traduccin a las plantas realistas.Sondas prometedoras para detectar cambios en el estado mecnico de la membrana son MS canales propios. Muy recientemente, Wang et al. (Wang y col., 2014) revel cambios conformacionales de MsCl usando solo FRET molcula. El uso de los canales MS ingeniera con un sensor FRET y un umbral de activacin conocido permitido directo sondeo de cambios mecnicos. Tambin se estn desarrollando otras tcnicas con sondas no genticos. Por ejemplo, basado en deformaciones de gotitas de aceite, Camps et al. (2014) describen las fuerzas mecnicas que viven dentro de los tejidos embrionarios. Microchips deformables tambin existen para monitorear deformaciones de tejido (Kim et al., 2012). Bioimaging enfoques de combinar el uso de tales sondas de tensin / curvatura con la localizacin subcelular de canales pre-marcada (con la protena fluorescente) MS permitir la correlacin de la distribucin de la tensin con la presencia del canal. Dichas sondas ayudaran an ms la comprensin de si los canales MS se localizan preferentemente en la zona de una membrana curva, cerca de la estructura del citoesqueleto, orareas de eundertension membran, lo que lleva a la dilucidacin de la regulacin y el papel de los canales MS in vivo.enfoque genticoExisten varias estrategias genticas para destacar el papel de los canales MS sb todo el nivel organismo. Mutantes KO se han utilizado ampliamente para revelar funciones de canal de EM. Bacterianas canales Msc S y L, mamferos TREK-1, y elementos piezoelctricos (Kim et al, 2012;.. Woo et al, 2014) son algunos ejemplos exitosos que ilustran esta estrategia. Para los canales de MS de la planta el enfoque mutante KO es slo en su infancia. Refirindose a TREK y TRAAK MS canales de candidatos mencionados en la primera parte de esta revisin, no hay homlogos de estas protenas de mamferos fueron encontrados en los genomas de plantas actualmente secuenciados. Por el contrario, Piezo, una protena conservada evolutivamente, se expresa en invertebrados, plantas y protozoos. En las plantas, Piezo slo tiene un homlogo haciendo de este MechanoSensor planta putativo an ms interesante, que insta a los experimentadores a aplicar la estrategia de KO para este gen. De la misma manera, teniendo en cuenta los canales de MSC procariotas, homlogo estn presentes en las plantas, pero no en los mamferos. AtMSL 2 y 3, el miembro de Arabidopsis ms cercano de E. coli, se muestran por Haswell y Meyerowitz (2006) y Wilson et al. (2011) para participar en el desarrollo del cloroplasto y ZrinG elaboracin. Aunque AtMSL9 y AtMSL10 se demostraron ser canales activados por estiramiento de la membrana en Arabidopsis (Haswell y col, 2008;.. Peyronnet et al, 2008; Maksaev y Haswell, la estrategia KO aplicado a estos genes y relacionados AtMSL4, AtMSL5, miembros AtMSL6 no revel fenotipos. Un enfoque complementario para desarrollar en esta situacin es la generacin de ganancia de funcin (GOF) mutantes. de hecho, los canales de EM deben estar cerradas en condiciones de reposo con el fin de evitar la obtencin inadecuada e innecesaria disipacin del gradiente de iones. por lo tanto, la bsqueda de la "ventana de activacin "es obligatoria con el fin de obtener un fenotipo. El uso de GOF condicional, ya sea en los canales constitutivamente abierta o con un umbral de activacin rebajado, puede ampliar considerablemente esta ventana y ayudar a revelar funciones. esta estrategia se aplica en particular para Piezo2 y podra ser perspicaz para MSL en las plantas.Acoplamiento de canales de activacin a mensajeros secundarios? La inmediatez de la activacin del canal de la EM y la precocidad de los flujos de iones celulares y variaciones ROS en respuesta a una membrana de estiramiento plantea la cuestin de la naturaleza de la unin entre el canal y mensajeros secundarios. Podran considerarse dos tipos de situaciones. En primer lugar, el ms simple es debido a la alta capacidad del canal de MS a los iones de eflujo. Como consecuencia, una activacin del canal dar lugar a una prdida de osmolito que ocurre en unos pocos minutos. Esta situacin dar lugar a una proteccin rpida de la clula contra el dao de choque hipoosmtico, como lo hace en E. coli tras la activacin de los canales de MSCs y MsCl. En este ltimo caso, no se requiere acoplamiento inmediato con un segundo mensajero dado que el efecto predominante es un flujo de salida masiva de iones mover pasivamente por el gradiente electroqumico. En segundo lugar, en situaciones menos graves, la forma en que se produce el acoplamiento entre la activacin del canal MS y Ca temprano, pH, y la variacin de ROS es an desconocido. En respuesta a cualquiera de curvatura mecnica de la raz de la planta (Monshausen y Gilroy, 2009) o la deformacin de la pared celular oscilatoria se produce durante la elongacin celular hipocotilo (Wolf et al., 2012), la primera respuesta es un aumento en el calcio citoslico. En su intento de conectar la membrana plasmtica de estiramiento con Ca2 + afluencia, autores casi siempre, especulan acerca de la intervencin de un canal de MS Ca. Hasta ahora, el nico canal MS propuesto sospecha que es permeable Ca ha sido MCA1, que genera corrientes de cationes sobre la membrana de estiramiento cuando se expresa en oocitos de Xenopus (Furuichi et al., 2012). la primera respuesta es un aumento en el calcio citoslico. En su intento de conectar la membrana plasmtica de estiramiento con Ca2 + afluencia, autores casi siempre, especulan acerca de la intervencin de un canal de MS Ca. Hasta ahora, el nico canal MS propuesto sospecha que es permeable Ca ha sido MCA1, que genera corrientes de cationes sobre la membrana de estiramiento cuando se expresa en oocitos de Xenopus (Furuichi et al., 2012).Entonces, el influjo de calcio se amplifica por un mecanismo de Ca-lanzado inducida por Ca requerir reservas de calcio intracelular. Otra forma de vincular eficazmente los canales MS con variacin Ca sera a travs de un acoplamiento elctrico. De hecho, los canales dependientes de voltaje selectivos para el calcio se han descrito en la membrana plasmtica (Miedema y col., 2008). Estos canales se activan por la despolarizacin de la membrana plasmtica. Ahora, consideremos una membrana en la que un canal MS AtMSL10 y un canal dependiente de voltaje coexisten calcio. Estirar esta membrana se activar el anin canal permeable AtMSL10 (Haswell y col, 2008;. Maksaev y Haswell, 2012) lo que traer el potencial de membrana hacia un potencial de equilibrio para aniones (Cl- y NO3-), lo que significa una gran despolarizacin. A su vez, un canal dependiente de voltaje de Ca se activar por electrocoupling (Potencial de Accin es un ejemplo de electrocoupling entre Na + y canales de K + en los animales) que produce una corriente de entrada de Ca. Para comprobar esta hiptesis, es de gran inters para comparar, en un futuro prximo, la firma Ca de tipo salvaje estimulado mecnicamente contra plantas KO para genes MS como MSL, MCA, o Piezo.LA SITUACIN PECULIAR DE Tonoplast MS CANALESEn los ltimos 20 aos, las actividades distintas de canal EM se han caracterizado por el mtodo de patch clamp (para revisin ver Haswell, 2007). La mayora de ellos se describieron en la membrana plasmtica, que era fcilmente susceptibles a la tcnica de patch clamp. Los pocos estudios realizados en los canales mechanogated en tonoplast planta no permitieron la identificacin molecular. Sin embargo, es en 2003, en la levadura (Zhou et al., 2003), que la MS primer canal de membrana vacuolar perteneciente a la familia TRP se caracteriz. Canales de la superfamilia de TRP se asocian con sensaciones de fuerza, temperatura, y productos qumicos en animales. Estos canales estn formados de subunidades tetrmero selectivos para cationes pequeos. Hasta la fecha, ningn homlogo se ha encontrado en la planta (Kung y col, 2010;.. Eijkelkamp et al, 2013). El TRP1 de levadura, como otros PRT, es polimodal, en respuesta a la tensin, fuerza de estiramiento de la membrana, y Ca2 + citoslico concentracin. En la planta, slo tres estudios (Alexandre y Lassalles, 1991;. Badot et al, 1992; Maathuis, 2011) informan de la presencia de canales mechanogated en la membrana tonoplast. La caracterizacin ms meticuloso se refiere a un remolacha (Beta vulgaris) MS canal no selectivo activado por presin hidrosttica y osmtica pero inhibido por el gadolinio de MS bloqueador de los canales (Alexandre y Lassalles, 1991). Se ha demostrado recientemente por Maathuis (2011) que los canales vacuolar de los dos poros de la familia K + (TPKs) de las tres especies de Arabidopsis, arroz, cebada y eran sensibles al estiramiento. La dependencia de estos canales en la membrana de estiramiento y gradientes osmticos llev al autor a proponer un papel para osmosensors intracelulares para TPKs contribuyen a K + -released inducidas por el shock hipo-osmtica. Teniendo en cuenta el gran tamao de la vacuola (el ms grande de clulas compartmentbeingupto90% de thecellvolume) andthepresence de MSactivitiesinitsmembrane, mechanosensitivity tonoplasto itremainscrucialtofurtherstudy. Es de destacar que las fuerzas fsicas aplicadas a esta membrana y sus vnculos con theplasmamembrane citoesqueleto shouldberatherdistincttothoseof. En conclusin, la identificacin molecular de tonoplast arena canal MS la comprensin del papel de la vacuola en la percepcin mecano son parte de los prximos retos apasionantes.PERSPECTIVASA pesar de muchas diferencias estructurales y mecnicos, los canales de MS se conservan en las clulas vegetales y animales con caractersticas similares. Teniendo en cuenta la gran diferencia en su estilo de vida, los canales de los animales son presumiblemente dedicada a funciones diferentes a las de sus homlogos de la planta. Por lo tanto, es de inters para predecir en qu canales funcin planta MS podran estar involucrados con el fin de disear las condiciones experimentales para revelar su papel. Si se conserva el papel ancestral del canal MSCS bacteriana, algunos canales de EM podran estar involucrados en la osmorregulacin. Por lo tanto, mirando a la cintica de cualquiera edema celular (clulas ciliadas de la raz) o raz flujo inico en condiciones diferentes osmticos dar una indicacin de esta funcin. La red de raz tambin tiene que enfrentarse a obstculos y adaptarse a la dureza del sustrato durante su funcin de anclaje. Teniendo en cuenta que MSL estn bien expresados en tejidos de la raz (Haswell ETAL, 2008;.. Peyronnetetal, 2008), itisof dispositivos interesttodevelopexperimental con el fin de estudiar a fondo el crecimiento de las races en relacin con la actividad del canal MS. Movimiento, aunque menos espectacular que en los animales, es ubicuo en las plantas. Puede ser que sea rpido, como el cierre de la Venus trampa o folletos de Mimosa pdica, o asoccursinflowersandleavesduringnasticmovements lentos volar. Allplants tambin son capaces de sentir la gravedad y su propia forma para crecer recta. En los animales de esta propiedad se llama propiocepcin (Bastien y col., 2013). Todos estos movimientos de reorientacin implican presin osmtica, as como la curvatura de clulas y es probable que requieren canales de EM. El diseo de las pantallas basadas en las imgenes para capturar el movimiento ayudara a descifrar el papel canal de MS en las plantas.