三维力学微环境中压应力诱导肿瘤细胞染色质结构重塑

目的细胞核在受到细胞内、外部力学刺激后,会改变核结构以保护遗传物质的完整、适应新环境。然而三维力学微环境如何将力学信号转导至细胞核内,参与基因组复杂的时空控制,影响染色质构型并调控基因表达,调节肿瘤的恶性进程目前知之甚少。方法本研究构建了不同刚度胞外基质3D肿瘤细胞培养与加压模型,模拟肿瘤细胞生长中的固体应力微环境,分析压力对细胞核结构的影响,运用全基因组测序技术(ATAC-seq及RNA-seq)分析了压应力作用下乳腺癌细胞内染色质可及性与全基因组表达的改变。结果施加2 h压应力后,乳腺癌细胞细胞核3D结构的明显改变提示其通过形变响应外界压力;ATAC-seq及RNA-seq结果显示压应力可增加肿瘤细胞中染色质的可及性,调节基因表达,参与肿瘤恶性进展。然而,H3K27me3、H3K9ac等免疫荧光染色显示短期的压应力不影响肿瘤细胞中染色质组蛋白修饰,说明染色质可及性增加并非通过改变染色质修饰实现。进一步,使用机械探针发现核内染色质可在受到压力后发生局部拉伸与压缩。结论本研究发现3D力学微环境中,压应力能快速传递到细胞核,破坏细胞核机械稳态;染色质作为核内机械响应元件,压应力可直接机械拉伸染色质,重构染色质三维结构,增加染色质可及性,调节基因表达。