间充质干细胞（MSCs）如何通过整合素和N-钙粘蛋白与周围环境相互作用，以及这种相互作用如何调节MSCs的力学传导和命运还不清楚。目前关注整合素和钙粘蛋白之间的交流如何在不同粘度的基质上影响MSCs对粘度的力学感知。通过使用不同粘度的支撑脂质双层（SLBs）作为基质，并用针对整合素（RGD）和N-钙粘蛋白（HAVDI）的粘附肽进行功能化，揭示了整合素和钙粘蛋白在细胞骨架上的竞争，导致MSCs对环境的力学感知响应发生变化，这种变化表现为当钙粘蛋白连接发生时，整合素对环境的粘附能力减弱。通过修改分子钳模型来模拟这种竞争，最终控制MSCs的谱系承诺
研究简介
研究的主要发现是N-钙粘蛋白与整合素之间的交流在力学传导中起到了关键作用，尤其是在对基质粘度的感知上。研究结果表明，当N-钙粘蛋白与HAVDI配体结合时，会削弱MSCs通过整合素进行的力学传导，导致细胞对环境的粘附能力下降。这一现象通过修改分子钳模型得到了解释和模拟，该模型预测了在不同粘度和HAVDI配体浓度下，细胞粘附的大小和数量的变化。
首先，观察到在不同粘度的SLBs上，MSCs的形态和粘附行为有所不同。在低粘度的DOPC脂质双层上，MSCs展现出较小的细胞面积和较少的粘附形成，而在高粘度的DPPC脂质双层上，细胞面积增大，粘附形成增多。这一结果与之前的研究相符，即细胞对基质的粘度具有敏感性，并且粘度的变化会影响细胞的形态和粘附行为。
进一步的实验中，发现当SLBs同时功能化RGD和HAVDI时，MSCs的细胞面积减小，这一现象在用N-钙粘蛋白抗体阻断N-钙粘蛋白后被抑制，证实了HAVDI配体与N-钙粘蛋白的特异性结合。此外，研究还发现在RGD和HAVDI共同功能化的表面上，MSCs的N-钙粘蛋白表达强度增加，这可能与细胞骨架的力学传导有关。
在YAP核转位的研究中，结果表明，在高粘度基质上，YAP更多地转移到细胞核中，而在HAVDI配体存在的情况下，YAP的核转位减少，这一现象与粘度无关。这表明N-钙粘蛋白的激活可以独立于基质粘度影响YAP的核转位，进而可能影响基因表达和细胞命运。
研究还探讨了N-钙粘蛋白配体对MSCs分化早期标记物表达的影响。结果显示，在RGD存在的情况下，随着粘度的增加，与成骨分化相关的P-RUNX2表达增加；而在HAVDI配体存在的情况下，P-RUNX2的表达趋势增加，尽管差异不显著。对于软骨分化标记物SOX9，其表达随粘度增加而减少，但在HAVDI配体浓度增加时，SOX9的表达增加，与粘度无关。对于脂肪分化标记物PPARγ，其表达在低粘度和RGD存在时更高，这与之前的研究结果一致，即较软的材料促进脂肪分化。
此外，还发现N-钙粘蛋白配体的激活破坏了分子钳的参与。在高粘度基质上，与RGD单独功能化相比，RGD和HAVDI共同功能化导致粘附的长度和强度减少。这一结果支持了N-钙粘蛋白和整合素力学传导途径在多个点汇聚的观点，共享如vinculin、FAK或Rho GTPases等蛋白，这些蛋白重塑肌动蛋白骨架。
为了模拟粘附交流对粘度的响应，修改了计算钳模型，以考虑基于RGD和HAVDI的粘附对肌动蛋白结合的竞争。模型预测，在HAVDI浓度较高时，肌动蛋白-ECM链接（钳）越来越多地由钙粘蛋白而非整合素介导。由于钙粘蛋白-钙粘蛋白键的抵抗力低于整合素-ECM键，并且它们不介导粘附强化，钙粘蛋白-钙粘蛋白键的增加导致对粘度的反应减少。
实验结果支持了模型的预测，即在高粘度基质上功能化HAVDI显著减少了粘附的大小和数量。而在低粘度的DOPC脂质双层上功能化HAVDI时，对粘附形成没有影响。这些发现揭示了N-钙粘蛋白配体激活对MSCs力学传导和分化的影响，以及整合素和钙粘蛋白之间的粘附交流如何调节这些过程。
链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53107-6
免责声明：「原创」仅代表原创编译，水平有限，仅供学术交流，本平台不主张原文的版权，如有侵权，请联系删除。文献解读或作者简历如有疏漏之处，我们深表歉意，请作者团队及时联系后台，我们会在第一时间进行修改或撤稿重发，感谢您的谅解！
