Магнито-генетический атлас регуляции генов с учетом особенностей цитоскелета в мезенхимальных стволовых клетках

Механическая сила — это универсальный язык клеток, однако до сих пор оставалось неизвестным, какие именно транскрипты сообщают о натяжении отдельных полимеров цитоскелета. Существующие растяжители и лекарственные препараты одновременно деформируют каждый филамент, размывая сигнал. В данном исследовании мы применяем магнитогенетический подход, используя управляемые антителами наночастицы Fe3O4 размером 10 нм для приложения силы ~0,5 пН к β-актину, α-тубулину или виментину в мезенхимальных стволовых клетках человека, и регистрируем 20-часовой транскрипционный ответ с помощью секвенирования РНК. Натяжение микротрубочек усиливает модули Wnt, фокальной адгезии и внеклеточного матрикса; загрузка виментина активирует сигнальный путь Hippo, репликацию ДНК и механизмы клеточного цикла; загрузка актина вызывает программу окислительного стресса и ферроптоза, центрированную на TGF-β, что выявляет поразительное разделение труда между тремя полимерами. Только четыре гена: KLHL24, RGS4, FMN2 и PDE4DIP являются общими для 384–405 дифференциально экспрессируемых транскриптов в каждом условии, что выявляет ортогональный «филаментный код» для механосенсорного восприятия. Эти данные опровергают представление о том, что цитоскелет передает силу по общим путям, и идентифицируют минимальный набор из четырех генов, который сообщает о внутриклеточном натяжении независимо от места его приложения. Поскольку магнитные поля проникают в ткани на глубину в несколько сантиметров и могут изменяться в пространстве и времени, эта платформа предлагает неинвазивный способ управления миграцией стволовых клеток (через тубулин), пролиферацией (через виментин) или цитопротекцией (через актин), что позволяет разрабатывать механочувствительные биоматериалы и дистанционно управляемые клеточные терапии.

Работа, посвященная РНК-секвенированию клеток, на которые воздействовали такими частицами, опубликована в Acta Biomaterialia, выполнена учеными Физтеха (МФТИ),  Пастеровского института, УрФУ, МИСИС и двух институтов УрО РАН — органического синтеза и физики металлов.

Источник: Пресс –служба МФТИ