FASEB J:改变细胞核的“粘弹性”可能有助于决定细胞的未来命运

来源：原创网站2022-01-07 10:21

2022年1月7日/100 bion/-细胞核将表现得像粘弹性材料，活细胞中细胞核粘弹性的动态调控对许多生物和生物物理过程将非常重要，尤其是细胞核中的中尺度粘弹性，这往往是通过调控力向细胞核和细胞质传递的效率以及基因表达模式来实现的；然而，目前研究人员尚不清楚干细胞的核介观粘弹性如何随分化而变化及其生物学意义。最近，一个

2022年1月7日/100 bion/-细胞核将表现得像粘弹性材料，活细胞中细胞核粘弹性的动态调控对许多生物和生物物理过程将非常重要，尤其是细胞核中的中尺度粘弹性，这往往是通过调控力向细胞核和细胞质传递的效率以及基因表达模式来实现的；然而，目前研究人员尚不清楚干细胞的核介观粘弹性如何随分化而变化及其生物学意义。

在分化过程的不同阶段，微小的惰性小珠在细胞核中移动。

图片：东京都大学

近日，在国际杂志《FASEB Journal》发表的题为《人类间充质干细胞胚胎分化过程中的核内中尺度粘弹性变化》的研究报告中，东京都大学等机构的科学家揭示了干细胞细胞核的海绵性和粘性是如何控制其向特化细胞分化的。他们发现原子核起初是固体，但随着时间的推移，它变得更像液体。传递到细胞内的微小作用力会使细胞致力于某种分化途径，如何选择和维持干细胞的分化途径仍是医学界需要研究的关键问题。

我们对生物材料和生命系统的大部分理解是生物化学的，这是一条连接大量复杂化学物质的复杂途径。然而，近年来迅速崛起的机械生物学领域采用了不同的方法来研究生物材料对物理刺激的反应，如细胞内外的柔软度等。例如，细胞内的复杂混合物具有海绵状和固态的特性(弹性)。还有粘性的、类似液体的特性(粘度)，其劣化是对材料如何对力学作出反应的更完整的描述，称为粘弹性。

这不仅适用于细胞，也适用于由细胞制成的东西。研究人员一直在研究人类兼职干细胞的细胞核。这些细胞可以成熟并分化成许多细胞类型，包括肌肉、脂肪、骨骼和软骨细胞。研究人员将微小的惰性珠子引入原子核，观察它们在周围热能的影响下如何摆动。在这篇论文中，研究人员研究了这种运动，并测量了原子核内部的粘弹性。这种方法被称为微流变学。这项技术给出了两个值，即储能模量和损耗模量，这两个值对应于材料的弹性和粘度。然后，研究人员将重点放在分化成成骨细胞的细胞核上。这是研究人员首次跟踪人类干细胞整个分化过程中细胞核的粘弹性。

随着细胞变得更有能力分化和特化，研究人员发现细胞核将变得更像液体而不是固体。当一个固体球被刺破时，力会直接传递到核芯，而当它的粘性大于弹性时可能就不是这样了。当它变得更像液体时，细胞核在分化过程中会变得不太容易受到外力的影响，越来越多的努力将投入到它选择的分化路径上。这就是所谓的可塑性(对变化的反应能力)和平衡(对变化的抵抗力)之间的平衡；当研究人员开始观察细胞核中DNA的分布时，发现细胞核粘弹性的大部分变化都与染色质的聚集有关，染色质是由DNA和蛋白质组成的多组分结构。

图片：https://faseb . online library.wiley.com/doi/10.1096/fJ.202100536 RR

长期以来，科学家认为染色质的聚集与特定基因的抑制密切相关。染色质中的DNA是合成蛋白质的指令，染色质的浓缩就像是把书粘在一起，让人无法阅读。现在研究人员通过研究表明，它也可能有完全不同的目的，并仔细调整细胞核对外力的反应程度，特别是保证它能致力于特定的分化路径。这项研究的发现可能是科学家理解一个迷人系统的复杂运行机制的里程碑，该系统支持人体的大部分发育。

综上所述，本研究结果表明，由于干细胞可以通过限制性转录采用特定的谱系，细胞核中的染色质会凝聚成异染色质，细胞粘弹性可能是协同调节干细胞分化的核机械敏感性和基因表达模式的关键因素。(100yiyao.com 100医疗网)

原始来源：

松下幸之助，中原知春，木村顺，等，《FASEB杂志》(2021)。DOI:10.1096/fj.202100536RR

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