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Tocco più fine per sintonizzare il “destino” delle cellule staminali con substrati di diversa rigidità

(in alto) Localizzazione intracellulare di RUNX2 e YAP in MSC su gel di gelatina con diversi moduli elastici. Notare come viene visto più segnale in una singola posizione (il nucleo) per substrati più rigidi. (in basso) Illustrazione di come la localizzazione di YAP e RUNX2 cambia con la rigidità del substrato per diversi lotti. Notare la coerenza tra i batch nel modo in cui la localizzazione YAP cambia con la rigidità e la sua mancanza per RUNX2 prima che convergono. CREDITO Tokyo Metropolitan University

Controllo quantitativo sulla localizzazione di proteine ??chiave nelle cellule staminali mesenchimali

Tokyo, Giappone – I ricercatori della Tokyo Metropolitan University hanno quantificato il modo in cui diversi lotti di cellule staminali mesenchimali rispondono alla rigidità meccanica dei loro ambienti. Si sono concentrati sul modo in cui alcune proteine ??erano “localizzate” nei nuclei cellulari e hanno trovato tendenze chiave nel modo in cui questo cambiava con la rigidità. I loro risultati spiegano le incongruenze tra i risultati precedenti e possono guidare il modo in cui gli scienziati controllano lo stato delle cellule staminali per la ricerca e le cure mediche.

Pubblicità e progresso

Le cellule staminali mesenchimali (MSC) sono importanti cellule “progenitrici” che possono trasformarsi in cellule muscolari, cartilaginee, ossee o adipose. Nel 2006, il lavoro pionieristico di Engler e colleghi ha dimostrato che potevano controllare in quale tipo di cellula si trasformavano le cellule staminali mesenchimali (o “differenziate”) semplicemente posizionandole su superfici con una diversa rigidità meccanica o modulo elastico . Da allora, gli scienziati hanno cercato di identificare esattamente come ciò si verifica. Il problema è che, nonostante il fenomeno sia robusto e riproducibile, si scopre che sono molto sensibili all’ambiente esatto in cui sono collocati, anche da quale lotto provengono. La posta in gioco è alta: un controllo affidabile sugli stati MSC significherebbe più ricerca e persino potenziali applicazioni biomediche.

Questa ricerca ha ispirato un team guidato dal professore associato Hiromi Miyoshi della Tokyo Metropolitan University a esaminare come diversi lotti di MSC rispondono a diversi ambienti. Si sono concentrati su due proteine ??presenti nelle MSC, la proteina YAP, che aiuta le cellule a rispondere agli ambienti meccanici, e RUNX2, un attore chiave nell’aiutare le MSC a trasformarsi in osteoblasti che alla fine diventano ossa. Hanno esaminato come diversi lotti MSC hanno distribuzioni diverse di YAP e RUNX2 all’interno delle loro celle. Per i loro ambienti “rigidi”, hanno scelto un substrato di gelatina appositamente progettato che aveva una riproducibilità significativamente migliore rispetto alle popolari alternative di collagene.

Fin dall’inizio, hanno scoperto che i loro lotti erano abbastanza distinti. In esperimenti di base che hanno esaminato il modo in cui si trasformavano in cellule che producono ossa o grasso, hanno scoperto che i lotti producevano livelli molto diversi di depositi di calcio e grasso. Ma quando si è trattato del loro comportamento meccanico-reattivo, si è scoperto che non erano così selvaggiamente distinti come inizialmente pensato. In primo luogo, il team ha scoperto che la proporzione di YAP trovata nei nuclei delle cellule (o “localizzazione”) risulta variare in modo coerente tra i lotti, stabilizzandosi alla stessa rigidità. Per RUNX2, sebbene la localizzazione variava in modo diverso, si sono comunque stabilizzati a un valore di rigidità specifico (diverso da YAP). Anche allora, la tendenza nella localizzazione di RUNX2 era lineare fino al plateau.

Con questo tipo di informazioni, chiunque potrebbe creare un gel di una rigidità specifica e controllare attivamente il livello di YAP / RUNX2 nel nucleo delle cellule staminali mesenchimali. In questo modo, potrebbero sintonizzare quando e come le loro cellule si differenziano. Il team spera che questo nuovo livello di controllo sul destino delle cellule aiuterà ad accelerare la ricerca sulle MSC e potenzialmente porterà ad applicazioni terapeutiche.