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Ozu M, Galizia L, Alvear-Arias JJ, Fernández M, Caviglia A, Zimmermann R, Guastaferri F, Espinoza-Muñoz N, Sutka M, Sigaut L, Pietrasanta LI, González C, Amodeo G, Garate JA. Mechanosensitive aquaporins. Biophys Rev 2023; 15:497-513. [PMID: 37681084 PMCID: PMC10480384 DOI: 10.1007/s12551-023-01098-x] [Citation(s) in RCA: 1] [Impact Index Per Article: 1.0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 05/04/2023] [Accepted: 07/04/2023] [Indexed: 09/09/2023] Open
Abstract
Cellular systems must deal with mechanical forces to satisfy their physiological functions. In this context, proteins with mechanosensitive properties play a crucial role in sensing and responding to environmental changes. The discovery of aquaporins (AQPs) marked a significant breakthrough in the study of water transport. Their transport capacity and regulation features make them key players in cellular processes. To date, few AQPs have been reported to be mechanosensitive. Like mechanosensitive ion channels, AQPs respond to tension changes in the same range. However, unlike ion channels, the aquaporin's transport rate decreases as tension increases, and the molecular features of the mechanism are unknown. Nevertheless, some clues from mechanosensitive ion channels shed light on the AQP-membrane interaction. The GxxxG motif may play a critical role in the water permeation process associated with structural features in AQPs. Consequently, a possible gating mechanism triggered by membrane tension changes would involve a conformational change in the cytoplasmic extreme of the single file region of the water pathway, where glycine and histidine residues from loop B play a key role. In view of their transport capacity and their involvement in relevant processes related to mechanical forces, mechanosensitive AQPs are a fundamental piece of the puzzle for understanding cellular responses.
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Affiliation(s)
- Marcelo Ozu
- Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Biodiversidad y Biología Experimental, Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Biodiversidad y Biología Experimental y Aplicada (IBBEA), Universidad de Buenos Aires y Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
| | - Luciano Galizia
- Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Biodiversidad y Biología Experimental, Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Biodiversidad y Biología Experimental y Aplicada (IBBEA), Universidad de Buenos Aires y Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
| | - Juan José Alvear-Arias
- Interdisciplinary Center of Neurosciences of Valparaiso, University of Valparaiso, CINV, 2360102 Valparaíso, Chile
- Millennium Nucleus in NanoBioPhysics, Santiago, Chile
| | - Miguel Fernández
- Interdisciplinary Center of Neurosciences of Valparaiso, University of Valparaiso, CINV, 2360102 Valparaíso, Chile
- Millennium Nucleus in NanoBioPhysics, Santiago, Chile
| | - Agustín Caviglia
- Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Biodiversidad y Biología Experimental, Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Biodiversidad y Biología Experimental y Aplicada (IBBEA), Universidad de Buenos Aires y Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
| | - Rosario Zimmermann
- Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Biodiversidad y Biología Experimental, Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Biodiversidad y Biología Experimental y Aplicada (IBBEA), Universidad de Buenos Aires y Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
| | - Florencia Guastaferri
- Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Biodiversidad y Biología Experimental, Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Biodiversidad y Biología Experimental y Aplicada (IBBEA), Universidad de Buenos Aires y Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Present Address: Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario (IBR-CONICET-UNR), Rosario, Argentina
| | - Nicolás Espinoza-Muñoz
- Interdisciplinary Center of Neurosciences of Valparaiso, University of Valparaiso, CINV, 2360102 Valparaíso, Chile
- Millennium Nucleus in NanoBioPhysics, Santiago, Chile
| | - Moira Sutka
- Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Biodiversidad y Biología Experimental, Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Biodiversidad y Biología Experimental y Aplicada (IBBEA), Universidad de Buenos Aires y Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
| | - Lorena Sigaut
- Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Física, Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Física de Buenos Aires (IFIBA), Universidad de Buenos Aires y Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
| | - Lía Isabel Pietrasanta
- Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Física, Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Física de Buenos Aires (IFIBA), Universidad de Buenos Aires y Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
| | - Carlos González
- Millennium Nucleus in NanoBioPhysics, Santiago, Chile
- Department of Physiology and Biophysics, Miller School of Medicine, University of Miami, Miami, FL 33136 USA
- Present Address: Molecular Bioscience Department, University of Texas, Austin, TX 78712 USA
| | - Gabriela Amodeo
- Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Departamento de Biodiversidad y Biología Experimental, Buenos Aires, Argentina
- Instituto de Biodiversidad y Biología Experimental y Aplicada (IBBEA), Universidad de Buenos Aires y Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
| | - José Antonio Garate
- Interdisciplinary Center of Neurosciences of Valparaiso, University of Valparaiso, CINV, 2360102 Valparaíso, Chile
- Millennium Nucleus in NanoBioPhysics, Santiago, Chile
- Facultad de Ingeniería, Arquitectura y Diseño, Universidad San Sebastián, Bellavista, Santiago, Chile
- Centro Científico y Tecnológico de Excelencia Ciencia y Vida, Universidad San Sebastián, 7750000 Santiago, Chile
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