干细胞通过改变其结构来响应机械力

由CECAD首席研究员SaraWickström领导的科学家团队，科隆大学老年人相关疾病细胞应激反应卓越集群，通过改变干细胞如何感受和响应外部机械力，获得了新的见解。方式DNA在细胞核中组织，从而表达干细胞分化所需的基因。

所有细胞都有相同的遗传密码，无论它们是皮肤还是脑细胞。然而，这些电池暴露于非常不同类型的机械环境和机械应力。例如，脑组织非常柔软，而骨骼很硬。研究人员知道，细胞通过改变其结构和基因表达来更好地适应特定环境并能够执行其特定功能，从而对外在力量作出反应。然而，这一规定的分子机制尚不清楚

“我们的皮肤可以保护我们免受外界伤害，同时不断暴露于有毒的侮辱，伤害，紫外线辐射和机械应变。因此，皮肤细胞能够对力量作出反应尤为重要”，领先的科学家Huy Quang Le说道。该研究是在CECAD的合作伙伴马克斯 - 普朗克老龄生物研究所进行的。结果发表在Nature Cell Biology上。

为了研究皮肤细胞如何对力作出反应，Le和他的同事使用一种特殊的机械装置将皮肤干细胞培养物暴露在组织内部经历的类似机械拉伸中。分析这些机械拉伸干细胞的基因表达使用下一代测序显示，数千个基因被下调，而极少数基因增加了它们的表达。进一步的研究表明，拉伸引起了DNA如何被包裹在细胞核内的全局变化。这导致细胞转录活性的广泛抑制，这意味着较少的DNA被复制到信使RNA中以产生蛋白质。为了使干细胞分化，需要转录大量基因以获得其专门的结构和功能。作为机械应变的结果，拉伸的干细胞在存在分化信号时不会分化。“令人兴奋的是，我们可以通过在干细胞上施加机械力来改变DNA的结构组织”，SaraWickström说。

为了更深入地了解DNA重排的细胞机制，Le和他的同事们发现了机械力在核膜上被感知，这是一种围绕DNA并将其与细胞其余部分分开的结构。这种力传感中的一个关键分子是一种名为emerin的蛋白质，它将细胞核和DNA连接到细胞骨架，即细胞的受力结构。这是特别有趣的，因为emerin在一种名为Emery-Dreifus肌营养不良症的疾病中发生突变，这种疾病导致患者遭受机械应变组织的退化，例如骨骼肌，心脏和皮肤。“由于这种疾病的确切病理机制尚不清楚，我们缺乏有效的治疗，实验室未来的主要目标是了解本研究中发现的机制是否在疾病的发病机制中起作用”，SaraWickström说。随着组织的机械性能随着年龄而变化，

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