基于三维细胞牵引力定量监测技术探究新型维甲酸诱导肿瘤干细胞凋亡的力学生物学机制

目的肿瘤干细胞(CSCs)是一种具有自我更新能力的肿瘤细胞亚群,并对传统抗癌药耐药。为了根治肿瘤,研发了新型维甲酸-WYC-209,可高效诱导CSCs凋亡,效率远高于传统化疗药,且低毒安全,但其高效诱导CSCs凋亡的机制并不清楚,这阻碍了抗癌维甲酸的优化和研发。方法利用自主研发的弹性微球实时定量CSCs克隆的三维细胞牵引力,实现WYC-209处理下,CSCs多细胞三维牵引力变化的实时监测;采用小分子抑制剂等手段阐明WYC-209抑制细胞张力的分子机制;基于分子动力学模拟探究药物靶点与Cdc42相互作用机理;利用电子显微镜及Ch IP技术揭示牵引力与染色质构象之间的关系,以及对凋亡基因的调控规律,阐明WYC-209诱导CSCs凋亡的机理。结果利用三维细胞牵引力定量技术,发现WYC-209抑制细胞牵引力先于诱导细胞凋亡。WYC-209通过结合靶点RARγ并诱导其出核下调Cdc42的表达,以此下调牵引力。牵引力的降低诱导染色质疏松,促使Pol II与凋亡基因启动子的结合,激活凋亡基因表达,诱导CSCs凋亡。以此提出染色质疏松剂与化疗药协同治疗策略,通过疏松染色质可增加化疗药WYC-209的诱导凋亡效率,提高WYC-209对CSCs的肺转移抑制效率及小鼠成活率。结论综上所述,本研究揭示了WYC-209通过抑制细胞牵引力诱导染色质疏松激活凋亡基因诱导CSCs凋亡的力学生物学机理。