eLife：光学钳告诉你干细胞的命运

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来源：生物谷 2015-02-12 09:51
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2015年2月12日 讯 /生物谷BIOON/ --利用光学镊子将小珠子吸附到人类干细胞外部后，近日来自加利福尼亚大学的研究人员又成功揭示了如何利用机械力来诱导细胞中的关键信号通路，研究者表示，这种利用小珠子对干细胞的挤压作用可以帮助释放细胞中储存的钙离子，并且开启细胞膜中允许离子流入细胞的通道，相关研究刊登于国际杂志eLife上。/ M6 s- H3 x7 z" }/ e
研究人员Wang表示，我们都知道对干细胞施加机械力会产生一种重要的效应，本文研究揭示了干细胞分化背后的许多功能性机制，干细胞周围的机械环境会帮助指导干细胞的命运，包围在坚硬组织中的细胞，比如下巴中的细胞，其往往有着强韧的张力，可以促进坚硬组织的产生，比如骨头。而生存在较低硬度或者张力组织中的干细胞则会产生更多的柔软组织，比如脂肪组织等。
3 G% S) J: M  {. C" T" |4 V这项研究中，研究者想知道是否这些环境驱动力可以转化成为信号，来帮助干细胞分化成为特殊的细胞或组织；实验中，研究人员对人类的间质干细胞施以作用力来研究干细胞的变化；随后研究者利用高度聚焦的激光束将小珠子吸附到了干细胞的细胞膜上，即利用光学钳对小珠子施以作用力。当细胞内没有钙离子循环时，这种作用力可以帮助释放细胞中内质网储存的钙离子，这种释放过程可以在细胞骨架蛋白的帮助下进行；当作用力诱发钙离子从外部环境中进入细胞内部时，仅会有细胞骨架蛋白参与作用。  U1 ~  ^. v' ]' t
钙离子可以帮助运输一系列重要的细胞信号，其通常会诱发细胞内的分子级联效应，并且将信号传输至细胞核中来开启或关闭基因的表达。这种类型的信号或可将在干细胞中发挥作用的机械力和其它类型细胞的转变相连接起来，下一步研究者计划研究机械力对其它类型细胞的信号通路的影响，从而为更好地研究调节细胞命运的机理提供更多的研究数据。- v, ^6 b5 p. Y, E

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, K7 p& e7 Y" ^: l: P& d5 Odoi:10.7554/eLife.04876.001
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Distinct mechanisms regulating mechanical force-induced Ca2+ signals at the plasma membrane and the ER in human MSCs6 i+ k! S" ^6 F' @0 m/ Q) X! m3 Q

5 c: L0 ^+ S+ [. @5 k# ETae-Jin Kim, Chirlmin Joo, Jihye Seong, Reza Vafabakhsh, Elliot L Botvinick, Michael W Berns, Amy E Palmer, Ning Wang, Taekjip Ha, Eric Jakobsson, Jie Sun, Yingxiao Wang  N) S3 a* u! w/ }. h

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/ H8 W+ |8 v4 V, G% R: T6 OIt is unclear that how subcellular organelles respond to external mechanical stimuli. Here, we investigated the molecular mechanisms by which mechanical force regulates Ca2+ signaling at endoplasmic reticulum (ER) in human mesenchymal stem cells. Without extracellular Ca2+, ER Ca2+ release is the source of intracellular Ca2+ oscillations induced by laser-tweezer-traction at the plasma membrane, providing a model to study how mechanical stimuli can be transmitted deep inside the cell body. This ER Ca2+ release upon mechanical stimulation is mediated not only by the mechanical support of cytoskeleton and actomyosin contractility, but also by mechanosensitive Ca2+ permeable channels on the plasma membrane, specifically TRPM7. However, Ca2+ influx at the plasma membrane via mechanosensitive Ca2+ permeable channels is only mediated by the passive cytoskeletal structure but not active actomyosin contractility. Thus, active actomyosin contractility is essential for the response of ER to the external mechanical stimuli, distinct from the mechanical regulation at the plasma membrane. / A! r( L. Q$ u+ p2 t; w: _