ویژگی های ریز محیطی مواد با القای برنامه های رونویسی مجزا در سلول های بنیادی پستانداران مرتبط است

تاریخ انتشار: پنجشنبه 15 شهریور 1397 | امتیاز: Article Rating

تنوع در چندین ویژگی ریز محیط مواد در بین بافت ها و در شرایط in vivo نیز مشاهده شده است و این امر اثر عمیقی روی فنوتیپ سلول دارد. آزمایش های پدیده شناسی نشان داده است که برخی از این ویژگی های ریز محیط فیزیکی مانند سفتی می توانند سلول ها را به سایر ویژگی ها حساس کند، در همین حال، مطالعات جزء به جزء شماری از مکانیسم های بیوفیزیکی را برای این حس کردن برشمرده است. با این حال، عواقب مولکولی وسیع این تعاملات بالقوه پیچیده و غیر خطی که از حساسیت بیوفیزیک به فنوتیپ عبور می کنند، به طور سیستماتیک مشخص نشده اند،  واین امر درک کلی و استفاده از منطق این نشانه های بیوفیزیکی را محدود می کند. در این جا ما این برهمکنش ها را با استفاده از یک سیستم کشت سلولی سه بعدی که اجازه کنترل مستقل سفتی بستر کشت، کاهش استرس و تراکم لیگاند چسبندگی و کشف سیستمیک برنامه های رونوسی تحت تاثیر ترکیب مجزای پارامترهای بیوفیزیکی را با استفاده از RNA-seq می دهد، کشف کرده ایم. در سلول های بنیادی مزانشیمی موشی و پیش سازهای نورون های قشری انسانی، ما ارتباط دراماتیکی را بین ویژگی های بستر کشف کردیم که مشارکت نسبی هر ویژگی در تغییر بیان ژن مربوط به هر سلول فرق می کند. با توجه به آنالیزهای بیوانفورماتیک، سفتی هیدروژل های کپسوله کننده سلول های بنیادی مزانشیمی، ترشح طیف وسیعی از سیتوکین ها را تنظیم می کند و طبق آن تمایز سلول های بنیادی خون ساز را در مدل های هم کشتی ترانس ول ها تحت تاثیر قرار می دهد. این نتایج دیدگاه هایی را در مورد نحوه یکپارچه شدن این ویژگی های بیوفیزیکی با سلول ها در بافت های مجزا ارائه می کند و منجر به ایجاد استراتژی هایی بوسیله زیست شناسان و زیست مهندسین سنتتیک برای طراحی پاسخ ها به  محیط بیوفیزیکی سلولی می شود.

Proc Natl Acad Sci U S A. 2018 Aug 17. pii: 201802568. doi: 10.1073/pnas.1802568115. [Epub ahead of print]

Material microenvironmental properties couple to induce distinct transcriptional programs in mammalian stem cells.

Darnell M1,2, O'Neil A3, Mao A1,2, Gu L1,2,4, Rubin LL3, Mooney DJ5,2.

Abstract

Variations in a multitude of material microenvironmental properties have been observed across tissues in vivo, and these have profound effects on cell phenotype. Phenomenological experiments have suggested that certain of these features of the physical microenvironment, such as stiffness, could sensitize cells to other features; meanwhile, mechanistic studies have detailed a number of biophysical mechanisms for this sensing. However, the broad molecular consequences of these potentially complex and nonlinear interactions bridging from biophysical sensing to phenotype have not been systematically characterized, limiting the overall understanding and rational deployment of these biophysical cues. Here, we explore these interactions by employing a 3D cell culture system that allows for the independent control of culture substrate stiffness, stress relaxation, and adhesion ligand density to systematically explore the transcriptional programs affected by distinct combinations of biophysical parameters using RNA-seq. In mouse mesenchymal stem cells and human cortical neuron progenitors, we find dramatic coupling among these substrate properties, and that the relative contribution of each property to changes in gene expression varies with cell type. Motivated by the bioinformatic analysis, the stiffness of hydrogels encapsulating mouse mesenchymal stem cells was found to regulate the secretion of a wide range of cytokines, and to accordingly influence hematopoietic stem cell differentiation in a Transwell coculture model. These results give insights into how biophysical features are integrated by cells across distinct tissues and offer strategies to synthetic biologists and bioengineers for designing responses to a cell's biophysical environment.

PMID: 30120125
ثبت امتیاز
نظرات
در حال حاضر هیچ نظری ثبت نشده است. شما می توانید اولین نفری باشید که نظر می دهید.
ارسال نظر جدید

تصویر امنیتی
کد امنیتی را وارد نمایید:

آرشیو سالانه
آرشیو سالانه
نظرات خوانندگان
نظرات خوانندگان