梯度应变基底引导依赖黏着斑的细胞定向迁移

目的细胞定向迁移不仅受化学信号的调控,还受细胞外基质(ECM)的力学特性如刚度的影响。当组织遭受压力或拉伸时,ECM由于发生应变而产生应变能或残余应力。最新研究发现,这种应变能可以影响细胞黏附和骨架刚度,表明细胞能够感知此类力学信号。然而,应变能对细胞迁移的影响及其分子机制尚未明确。方法设计了一种基于PDMS的膜拉伸装置,能在保持PDMS膜表面刚度、表面张力、纤连蛋白丰度等不变的条件下,对其施加10%或20%的预拉伸。再将细胞培养在不同预应变水平的PDMS膜上。结果(1)在高预应变条件下,小鼠胚胎成纤维细胞(NIH/3T3)的展开面积增加,而丝状伪足的数量减少。此外,该条件下细胞迁移速度降低,并伴随整合素β1和黏着斑蛋白(vinculin)表达量的增加。(2)重要的是,当NIH/3T3或原代大鼠气道平滑肌细胞培养在具有梯度预应变的PDMS膜上时,两种细胞向更高预应变方向的迁移速度均有所增加。(3)通过si RNA技术降低NIH/3T3细胞的整合素β1或黏着斑蛋白表达后,其定向迁移速度明显受阻,突显了黏着斑在感受应变能中的关键作用。结论本研究不仅揭示了应变能在诱导细胞定向迁移中的作用,还为深入理解细胞如何响应ECM的刚度和应变能提供了新的视角,拓展了对细胞力学转导机制的认识。