基底力學加載對骨髓間充質干細胞組蛋白去乙酰化的調控作用.pdf

1、細胞微環(huán)境中物理學因素對細胞生理功能的執(zhí)行具有重要的意義。組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases,HDAC)調控著細胞核小體中組蛋白氨基酸末端的去乙?；饔?在染色質構象重塑、基因轉錄調控、腫瘤發(fā)生等多種生命過程中發(fā)揮著關鍵作用。但是,細胞基底拓撲構型和力學加載是否及如何調節(jié)細胞染色質構象,是目前有待探索的領域。
　　 本研究結合微加工技術、干細胞技術和細胞力學加載技術,考察微溝槽構型和基底力學加載對骨髓間充

2、質干細胞(bone mesenchymal stem cells,BMSCs)組蛋白去乙酰化的調控作用,發(fā)現細胞將胞外基質的物理學信號轉化為細胞核內的生物化學信號,進而調節(jié)染色質構象和基因表達的新模式,并證實骨髓間充質干細胞能識別微環(huán)境中各向異性的力學信號。通過探索骨髓間充質干細胞基底粘附面積、細胞骨架及細胞核形態(tài)與組蛋白去乙酰化調節(jié)過程的關系,發(fā)現基底構型和力學作用調節(jié)組蛋白去乙?；c細胞粘附面積、細胞骨架密切相關,與細胞核形態(tài)變化沒

3、有直接關系。該研究對認識機械應變在組織重建中的作用、理解細胞中力-化學耦合過程,利用適當的機械刺激和基底構型為設計組織工程韌帶和制作更科學的生物反應器提供新的理論基礎。
　　 本文的主要研究內容和取得的成果如下:
　　 通過微加工軟刻蝕技術,制備兩種表面構型的基底:平板構型和平行微溝槽構型。首先,靜態(tài)情況下,考察微溝槽對細胞核心組蛋白去乙?；恼{控作用。利用微加工軟刻蝕技術,骨髓間充質干細胞分別培養(yǎng)在兩種構型的膜表面,結

4、果顯示,與平板構型相比,微溝槽構型上骨髓間充質干細胞的細胞骨架排布趨向平行溝槽方向,細胞核形態(tài)細長呈橢圓狀,核心組蛋白去乙?；富钚燥@著降低,乙?；M蛋白表達水平顯著增高。
　　 然后,力學加載情況下,考察基底各向異性力學作用對骨髓間充質干細胞核心組蛋白去乙?；恼{控作用。將細胞種植在微溝槽基底表面,基底施加平行或垂直于微溝槽方向的加載,細胞分別受到不同方向的拉伸或收縮作用,結果發(fā)現,這四種類型的基底加載方式,垂直于溝槽方向的拉

5、伸和收縮會降低細胞核心組蛋白去乙?；富钚?平行于溝槽方向的拉伸和收縮沒有顯著影響。
　　 接著,為了進一步確定基底各向異性力學作用對細胞核心組蛋白乙?；恼{控作用,將細胞種植在微溝槽表面,通過基底加載對細胞施加平行或垂直于微溝槽方向的拉伸和收縮,以組蛋白H3為代表檢測核心組蛋白乙?；?結果顯示,垂直于溝槽方向的拉伸和收縮會顯著上調細胞核心組蛋白去乙酰化酶活性,平行于溝槽方向的拉伸和收縮沒有顯著影響,這與組蛋白去乙?；富钚?/p>

6、的變化結果保持一致。
　　 發(fā)現以上基底力學作用調節(jié)細胞核心組蛋白去乙?；富钚缘默F象后,對其調節(jié)機制進行考察。
　　 其一,靜態(tài)情況下,考察骨髓間充質干細胞的基底的粘附面積與組蛋白去乙酰化酶活性的關系。我們對比了細胞種植早期和晚期時細胞與基底的粘附面積,結果表明,種植晚期細胞中組蛋白去乙?；富钚越档?伴隨著與基底的粘附面積增大。
　　 其二,基底加載情況下,考察骨髓間充質干細胞的骨架系統與基底力學作用調節(jié)核心

7、組蛋白乙?；年P系。利用秋水仙素(cochicine)和細胞松弛素D(cytochalasin D)破壞細胞的骨架系統,結果表明,細胞骨架缺失的情況下,基底垂直方向收縮使細胞中核心組蛋白乙?；浇档?細胞骨架完整時,基底垂直方向收縮使細胞中核心組蛋白乙酰化水平升高。
　　 其三,繼續(xù)考察細胞核形態(tài)變化與基底力學作用調節(jié)核心組蛋白乙?；年P系。將骨髓間充質干細胞種植在微溝槽膜表面,細胞受到平行或垂直于微溝槽方向的拉伸和收縮應變,