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细胞可以通过整个细胞在三维空间中变形其局部生态位例如扩散、迁移或体积扩张。这些行为，持续数小时至数天，影响长期细胞命运包括分歧。在这里，我们报告了一个全细胞运动在分钟时间尺度上发生在滑动水凝胶中的现象，称为细胞以三维细胞动力学和水凝胶为特征的翻滚几秒到几分钟尺度的细胞骨架增强引起的变形以及核活动。抑制或促进细胞翻滚的研究间充质干细胞表明，这种行为增强了分化转化为软骨细胞。此外，它还与全球染色质可及性，这是增强区分所必需的。细胞翻滚也发生在分化为其他谱系的过程中其差异增强效果在各种水凝胶中得到了验证平台。我们的研究结果表明，细胞翻滚是一种额外的调节因子。由快速生态位变形介导的干细胞分化核机械转导。
研究背景
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研究结果
增强的 MSC 软骨形成与细胞翻滚相关
SG 增强 MSC 软骨形成：与 CG 相比，基于 PEG 的 SG 系统显著增强 hMSC 软骨形成，表现为软骨特异性基因表达增加和软骨基质沉积增多，尽管二者整体硬度和配体密度相似，但 SG 在局部长度尺度上更软，更易被细胞变形。
基质可重组性促进翻滚：通过 AFM 单点压痕测试表明 SG 比 CG 更易变形，有利于细胞重组局部基质促进翻滚；SG50:CG50 混合水凝胶的实验进一步证实细胞翻滚与局部基质可重组性相关。
翻滚与增强的亚细胞动力学相关
细胞翻滚伴随基质变形增强：细胞翻滚时，SG 中的细胞周围基质变形显著增强（15 分钟内可达 1 µm），而 CG 中变形极小。
细胞翻滚与增强的细胞骨架动力学相关：SG 中的细胞 F - 肌动蛋白动态（5 秒间隔）和皮质 F - 肌动蛋白突出显著增强，通过计算动态面积等定量指标证实 F - 肌动蛋白动力学增强。
细胞翻滚与增强的细胞核动力学相关：SG 中的细胞核运动速度更快，移动距离更远，细胞和细胞核运动在速度和方向上呈强正相关。
早期细胞翻滚对软骨形成至关重要：抑制细胞骨架相关机制（如肌动球蛋白收缩、ezrin 和 LINC 复合物）在软骨形成早期（前 3 天）可显著削弱 MSC 软骨形成，而粘附配体扰动影响极小，表明早期驱动细胞翻滚的机制对翻滚增强的 MSC 软骨形成至关重要；通过 blebbistatin 抑制细胞翻滚实验确定前 3 天是细胞翻滚增强软骨形成的关键时间窗口。
翻滚与受抑制的染色质状态相关
翻滚增加细胞核机械负荷并改变染色质状态：SG 中的 MSCs 表现出更高的 lamin A/C 和 H3K9me3 表达及核周定位，表明细胞核机械负荷增加；同时，H3K27me3 表达增加，而 H3K27ac 和 AcK 表达无显著差异，表明染色质可及性降低，整体处于更紧密状态；抑制细胞翻滚可使相关标记表达降低至与 CG 相似水平。
早期染色质可及性降低对软骨形成重要：在分化早期（前 3 天）抑制 H3K9me3、H3K27me3 和 AcK 显著降低 MSC 软骨形成，表明通过 H3K9me3 和 H3K27me3 表达形成异染色质对增强软骨形成是必需的，尽管细胞翻滚不改变 AcK 诱导，但组蛋白乙酰化对维持分化相关基因可及性仍起重要作用。
ATAC - seq 证实翻滚与异染色质形成相关：在 SG 和 CG 中封装 16 小时和 48 小时后进行 ATAC - seq 实验，结果显示 SG 中基因组区域可及性总体降低，表明翻滚与诱导后数小时内 MSC 中异染色质形成相关。
翻滚可通过 PLA₂信号调节 MSC 软骨形成
细胞翻滚与增强的 PLA₂信号相关：SG 中的细胞在翻滚时细胞核拉伸增加，表现为核面积波动增大、核表面积和体积增加，同时诱导更高的 cPLA₂和磷酸化 cPLA₂（p - cPLA₂）表达，抑制翻滚可降低其表达，表明翻滚与增强的 PLA₂信号相关。
PLA₂信号可调节细胞翻滚和软骨形成：抑制 PLA₂（AACOCF3）可降低 SG 中的细胞翻滚和核运动，补充外源 ARA 可增强翻滚和核运动，且 PLA₂抑制降低 SG 中的软骨形成，ARA 处理则促进软骨形成（在 SG 中更显著，在 CG 中也有一定程度促进），表明 PLA₂信号可调节细胞翻滚进而影响三维中的分化。
细胞翻滚在多种三维场景中发生
研究总结
发现一种新的细胞行为 —— 细胞翻滚，其为分钟尺度的细胞整体运动，可物理变形细胞周围 ECM，在多种细胞类型和三维水凝胶平台中均会发生，与增强的干细胞向多谱系分化相关。
细胞翻滚增强分化涉及多时间尺度：快速的细胞翻滚及细胞骨架和细胞核动力学（秒 - 分钟尺度），以及在诱导早期这些关键相互作用的时间和持续时间，共同调节长期干细胞分化。
早期对秒 - 分钟尺度细胞 - ECM 相互作用的控制对调节长期细胞命运至关重要，翻滚增强分化的生物学原理和时间尺度可能对多种组织再生或疾病进展中的干细胞分化调控具有广泛适用性。 文章来源：
https://doi.org/10.1038/s41563-024-02038-0//找不到的可以来问我要原文
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