🔧На сайте запланированы технические работы
25.12.2025 в промежутке с 18:00 до 21:00 по Московскому времени (GMT+3) на сайте будут проводиться плановые технические работы. Возможны перебои с доступом к сайту. Приносим извинения за временные неудобства. Благодарим за понимание!
🔧Site maintenance is scheduled.
Scheduled maintenance will be performed on the site from 6:00 PM to 9:00 PM Moscow time (GMT+3) on December 25, 2025. Site access may be interrupted. We apologize for the inconvenience. Thank you for your understanding!

 

Functional Role of Piezo1 Channels in Smooth Muscle Cells of Rat Cerebral Arteries in Normal Conditions and in Chronic Carotid Artery Stenosis

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

In arterial smooth muscle cells, Piezo1 channels participate in the regulation of vascular tone and remodeling in various diseases. They are non-selective cation channels, the activation of which can lead to depolarization of the smooth muscle cell membrane, the entry of Ca2+ through voltage-gated channels and the development of contraction. This study tested the hypothesis that Piezo1 channels participate in the regulation of smooth muscle cell tone in small cerebral arteries and their functional contribution change in chronic stenosis of the carotid arteries. Rats obtained constrictor clips on both common carotid arteries (reduction in blood flow velocity by at least 70%). After 4 weeks, the middle cerebral artery (MCA) was isolated for wire myography (after removal of endothelium) and quantitative PCR. The basal tone of the MCA was lower in the Stenosis group than in the control, and contractile responses to thromboxane A2 receptor agonist U46619 were not changed. Incubation with Dooku1 (Piezo1 blocker, 30 μM) resulted in a decrease in basal tone and contractile responses to U46619 in the MCA of control rats, but had no such effect in the MCA of the Stenosis group. The mRNA content of Piezo1 and L-type voltage-gated Ca2+ channels (Cav1.2) did not differ between the groups, whereas the mRNA content of T-type voltage-gated Ca2+ channels (Cav3.1) was reduced in the MCA of the Stenosis group compared to the control one. Thus, Piezo1 channels have a pro-contractile effect in the smooth muscle cells of rat cerebral arteries, and we have shown for the first time that such an effect decreases in chronic stenosis of the carotid arteries. The decrease in the pro-contractile effect of Piezo1 in the MCA of the Stenosis rats may be associated with the changes in not the Piezo1 channels themselves, but in the subsequent stages of signal transduction to the contractile apparatus of smooth muscle cells.

About the authors

D. K Gaynullina

State Research Center of the Russian Federation – Institute of Medical and Biological Problems, Russian Academy of Sciences; Lomonosov Moscow State University,

Email: dina.gaynullina@gmail.com
Moscow, Russia; Moscow, Russia

A. A Borzykh

State Research Center of the Russian Federation – Institute of Medical and Biological Problems, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

M. G Pechkova

State Research Center of the Russian Federation – Institute of Medical and Biological Problems, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

K. A Bogotskoy

State Research Center of the Russian Federation – Institute of Medical and Biological Problems, Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

O. S Tarasova

State Research Center of the Russian Federation – Institute of Medical and Biological Problems, Russian Academy of Sciences; Lomonosov Moscow State University; Lomonosov Moscow State University, Medical Research and Educational Institute

Moscow, Russia; Moscow, Russia; Moscow, Russia

References

  1. Coste B., Mathur J., Schmidt M., Earley T.J., Ranade S., Petrus M.J., Dubin A.E., Patapoutian A. 2010. Piezo1 and Piezo2 are essential components of distinct mechanically activated cation channels. Science. 330, 7–12. https://doi.org/10.1126/science.1193270
  2. Beech D.J., Kalli A.C. 2019. Force sensing by Piezo channels in cardiovascular health and disease. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 39, 2228–2239. https://doi.org/10.1161/ATVBAHA.119.313348
  3. Nagase T., Nagase M. 2024. Piezo ion channels: Long-sought-after mechanosensors mediating hypertension and hypertensive nephropathy. Hypertens. Res. 47, 2786–2799. https://doi.org/10.1038/s41440-024-01820-6
  4. Retailleau K., Duprat F., Arhatte M., Ranade S.S., Peyronnet R., Martins J.R., Jodar M., Moro C., Offermanns S., Feng Y., Demolombe S., Patel A., Honore E. 2015. Piezo1 in smooth muscle cells is involved in hypertension-dependent Arterial remodeling. Cell. Rep. 13, 1161–1171. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2015.09.072
  5. Chen J., Rodriguez M., Miao J., Liao J., Jain P.P., Zhao M., Zhao T., Babicheva A., Wang Z., Parmisano S., Powers R., Matti M., Paquin C., Soroureddin Z., Shyy J.Y.J., Thistlethwaite P.A., Makino A., Wang J., Yuan J.X.J. 2022. Mechanosensitive channel Piezo1 is required for pulmonary artery smooth muscle cell proliferation. Am. J. Physiol. – Lung Cell. Mol. Physiol. 322, L737–L760. https://doi.org/10.1152/ajplung.00447.2021
  6. Liao J., Lu W., Chen Y., Duan X., Zhang C., Luo X., Lin Z., Chen J., Liu S., Yan H., Chen Y., Feng H., Zhou D., Chen X., Zhang Z., Yang Q., Liu X., Tang H., Li J., Makino A., Yuan J.X.J., Zhong N., Yang K., Wang J. 2021. Upregulation of Piezo1 (Piezo type mechanosensitive ion channel component 1) enhances the intracellular free calcium in pulmonary arterial smooth muscle cells from idiopathic pulmonary arterial hypertension patients. Hypertension. 77, 1974–1989. https://doi.org/10.1161/HYPERTENSIONAHA.120.16629
  7. Wang Z., Chen J., Babicheva A., Jain P.P., Rodriguez M., Ayon R.J., Ravellette K.S., Wu L., Balistrieri F., Tang H., Wu X., Zhao T., Black S.M., Desai A.A., Garcia J.G.N., Sun X., Shyy J.Y.J., Valdez-Jasso D., Thistlethwaite P.A., Makino A., Wang J., Yuan J.X.J. 2021. Endothelial upregulation of mechanosensitive channel Piezo1 in pulmonary hypertension. Am. J. Physiol. – Cell. Physiol. 321, C1010–C1027. https://doi.org/10.1152/ajpcell.00147.2021
  8. Szabo L., Balogh N., Tóth A., Angyal Á., Gönczi M., Csiki D.M., Tóth C., Balatoni I., Jeney V., Csernoch L., Dienes B. 2022. The mechanosensitive Piezo1 channels contribute to the arterial medial calcification. Front. Physiol. 13, 1–17. https://doi.org/10.3389/fphys.2022.1037230
  9. Zhang F.R., Tang J., Lai Y., Mo S.Q., Lin Z.M., Lei Q.Q., Han C.C., Zhou A.D., Lv X.F., Wang C., Ou J.S., Zhou J.G., Pang R.P. 2025. Smooth muscle cell Piezo1 is essential for phenotypic switch and neointimal hyperplasia. Br. J. Pharmacol. 182, 2031–2048. https://doi.org/10.1111/bph.17436
  10. Fei L., Xu M., Wang H., Zhong C., Jiang S., Lichtenberger F.B., Erdogan C., Wang H., Bonk J.S., Lai E.Y., Persson P.B., Kovács R., Zheng Z., Patzak A., Khedkar P.H. 2023. Piezo1 mediates vasodilation induced by acute hyperglycemia in mouse renal arteries and microvessels. Hypertension. 80, 1598–1610. https://doi.org/10.1161/HYPERTENSIONAHA.122.20767
  11. Lhomme A., Gilbert G., Pele T., Deweirot J., Henrion D., Baudrimont I., Campagnac M., Marthan R., Guibert C., Ducret T., Savineau J.P., Quignard J.F. 2019. Stretch-activated piezo1 channel in endothelial cells relaxes mouse intrapulmonary arteries. Am. J. Respir. Cell. Mol. Biol. 60, 650–658. https://doi.org/10.1165/rcmb.2018-01970C
  12. Tykocki N.R., Boerman E.M., Jackson W.F. 2017. Smooth muscle ion channels and regulation of vascular tone in resistance arteries and arterioles. Compr. Physiol. 16, 485–581. https://doi.org/10.1002/cphy.c160011
  13. Dossabhoy S., Arya S. 2021. Epidemiology of atherosclerotic carotid artery disease. Semin. Vasc. Surg. 34, 3–9. https://doi.org/10.1053/J.SEMVASCSURG.2021.02.013
  14. Holmgren M., Henze A., Wahlin A., Eklund A., Fox A.J., Johansson E. 2024. Phase-contrast magnetic resonance imaging of intracranial and extracranial blood flow in carotid near-occlusion. Neuroradiology. 66, 589–599. https://doi.org/10.1007/s00234-024-03309-y
  15. Mansour A., Niizuma K., Rashad S., Sumiyoshi A., Ryoke R., Endo H., Endo T., Sato K., Kawashima R., Tominaga T. 2019. A refined model of chronic cerebral hypoperfusion resulting in cognitive impairment and a low mortality rate in rats. J. Neurosurg. 131, 892–902. https://doi.org/10.3171/2018.3.JNS172274
  16. Jing Z., Shi C., Zhu L., Xiang Y., Chen P., Xiong Z., Li W., Ruan Y., Huang L. 2015. Chronic cerebral hypoperfusion induces vascular plasticity and hemodynamics but also neuronal degeneration and cognitive impairment. J. Cereb. Blood. Flow. Metab. 35, 1249–1259. https://doi.org/10.1038/jcbfm.2015.55
  17. Bhatia P., Kaur G., Singh N. 2021. Ozagrel a thromboxane A2 synthase inhibitor extenuates endothelial dysfunction, oxidative stress and neuroinflammation in rat model of bilateral common carotid artery occlusion induced vascular dementia. Vascular Pharmacol. 137, 106827. https://doi.org/10.1016/J.VPH.2020.106827
  18. Mulvany M.J., Halpern W. 1977. Contractile properties of small arterial resistance vessels in spontaneously hypertensive and normotensive rats. Circ. Res. 41, 19–26. https://doi.org/10.1161/01.res.41.1.19
  19. Spray S., Johansson S.E., Radziwon-Balicka A., Haanes K.A., Warfvinge K., Poulsen G.K., Kelly P.A.T., Edvinsson L. 2017. Enhanced contractility of intraparenchymal arterioles after global cerebral ischaemia in rat – new insights into the development of delayed cerebral hypoperfusion. Acta Physiol. 220, 417–431. https://doi.org/10.1111/apha.12834
  20. Fadyukova O.E., Storozhevykh T.P., Pinelis V.G., Koshelev V.B. 2004. Ischemic and hemorrhagic disturbances in cerebral circulation after contractile responses of the rat middle cerebral artery. Brain Res. 995, 145–149. https://doi.org/10.1016/j.brainres.2003.09.062
  21. Marquez-Martín A., Jiménez-Altayó F., Dantas A.P., Caracuel L., Planas A.M., Vila E. 2012. Middle cerebral artery alterations in a rat chronic hypoperfusion model. J. Appl. Physiol. 112, 511–518. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00998.2011
  22. Davis M.J., Earley S., Li Y-S., Chien S. 2023. Vascular mechanotransduction. Physiol. Rev. 103, 1247–1421. https://doi.org/10.1152/physrev.00053.2021
  23. Porto Ribeiro T., Barbeau S., Baudrimont I., Vacher P., Freund-Michel V., Cardouat G., Berger P., Guibert C., Ducret T., Quignard J.F. 2022. Piezo1 channel activation reverses pulmonary artery vasoconstriction in an early rat model of pulmonary hypertension: The role of Ca2+ influx and Akt-eNOS pathway. Cells. 11, 2349. https://doi.org/10.3390/cells11152349
  24. Evans E.L., Cuthbertson K., Endesh N., Rode B., Blythe N.M., Hyman A.J., Hall S.J., Gaunt H.J., Ludlow M.J., Foster R., Beech D.J. 2018. Yodal analogue (Dooku1) which antagonizes Yodal-evoked activation of Piezo1 and aortic relaxation. Br. J. Pharmacol. 175, 1744–1759. https://doi.org/10.1111/bph.14188
  25. Miron T.R., Flood E.D., Tykocki N.R., Thompson J.M., Watts S.W. 2022. Identification of Piezo1 channels in perivascular adipose tissue (PVAT) and their potential role in vascular function. Pharmacol. Res. 175, 105995. https://doi.org/10.1016/j.phrs.2021.105995
  26. Kinsella J.A., Debant M., Parsonage G., Morley L.C., Bajarwan M., Revill C., Foster R., Beech D.J. 2024. Pharmacology of PIEZO1 channels. Br. J. Pharmacol. 181, 4714–4732. https://doi.org/10.1111/bph.17351
  27. El-Rahman R.R., Harraz O.F., Brett S.E., Anfinogenova Y., Mufti R.E., Goldman D., Welsh D.G. 2013. Identification of L- and T-type Ca2+ channels in rat cerebral arteries: Role in myogenic tone development. Am. J. Physiol. – Hear. Circ. Physiol. 304, 58–71. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00476.2012
  28. Kuo I.Y., Ellis A., Seymour V.A.L., Sandow S.L., Hill C.E. 2010. Dihydropyridine-insensitive calcium currents contribute to function of small cerebral arteries. J. Cereb. Blood. Flow Metab. 30, 1226–1239. https://doi.org/10.1038/jcbfm.2010.11
  29. Kuo I.Y.T., Howitt L., Sandow S.L., McFarlane A., Hansen P.B., Hill C.E. 2014. Role of T-type channels in vasomotor function: Team player or chameleon? Pflugers Arch. Eur. J. Physiol. 466, 767–779. https://doi.org/10.1007/s00424-013-1430-x
  30. Qi M., Liu R., Zhang F., Yao Z., Zhou M. liang, Jiang X., Ling S. 2024. Roles of mechanosensitive ion channel PIEZO1 in the pathogenesis of brain injury after experimental intracerebral hemorrhage. Neuropharmacology. 251, 109896. https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2024.109896
  31. Xu F., Xin Q., Ren M., Shi P., Wang B. 2024. Inhibition of piezo1 prevents chronic cerebral hypoperfusion-induced cognitive impairment and blood brain barrier disruption. Neurochem. Int. 175, 105702. https://doi.org/10.1016/j.neuint.2024.105702

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».