Nature子刊：干细胞可通过改变结构来对机械力产生反应

近日，一项刊登于国际杂志Nature Cell Biology上的研究报告中，来自科隆大学的研究人员通过研究揭示了干细胞如何通过改变其细胞核中DNA的组装方式来感知并且对外部机械力做出反应，同时研究者还发现基因的表达是干细胞分化所必不可少的。

不管是皮肤细胞还是大脑细胞，所有细胞都分享着相同的遗传代码，然而这些细胞通常会处于不同类型的机械环境和机械压力中，比如大脑组织非常柔软，而骨头又非常坚硬；研究者已经知道细胞可以通过改变其结构和基因表达以更好地适应特殊环境来对外部力量产生反应，同时这也可以帮助细胞更好地发挥功能，但目前这种调节背后的分子机制研究者尚不清楚。

研究者Huy Quang Le说道，当皮肤遇到毒物侵害、损伤、紫外照射以及机械应变时，期就可以保护我们抵御外部压力，因此对压力产生反应对于皮肤细胞而言非常重要。本文中研究者通过研究揭示了皮肤细胞对作用力产生反应的机制，研究者Le及同事利用了一种特殊的机械设备将皮肤干细胞培养液置于和机体组织内部经历的相似机械性拉伸中，随后研究者利用新一代的测序技术对这些处于机械压力状态的干细胞内部的基因表达进行分析，结果发现干细胞中数千个基因的表达被下调了，而且很少有基因的表达被上调。

进一步深入研究，研究者发现机械拉伸力量可以诱导细胞核中DNA的包装发生全面变化，从而就会导致细胞转录活性出现全面的抑制，这就意味着很少有DNA可以被转录翻译形成新型蛋白质；然而对于干细胞分化而言，其往往需要转录大量的基因来获得特殊的结构和功能，最终在机械拉伸的作用下，受到拉伸的干细胞就不会在分化信号存在的情况下进行分化了，因此研究者或许就可以通过对干细胞施加机械力来改变细胞中DNA的结构组织。

通过深入理解DNA重排的细胞机制后，研究者发现，机械力可以在核被膜上被感知，而核被膜是包围DNA的结构，其可以将DNA同细胞其它组分分开。研究者指出，进行机械力感知的关键分子是一种名为emerin的蛋白质，emerin可以将细胞核同DNA的结构骨架联系起来； emerin蛋白会在Emery-Dreifus肌肉萎缩症患者机体出现突变，这种肌肉萎缩症会引发患者机体的机械拉伸性组织出现退化变性，比如骨骼肌、心脏等。目前研究者并不清楚这种疾病的发病机制，同时该病也没有有效的疗法，研究者希望可以揭示引发该疾病发生的根本原因。

最后研究者表示，随着组织的机械特性随着年龄增长发生改变，我们的另一个研究目标就是理解老化的干细胞如何感知作用力的存在，以及干细胞周围组织机械特性的改变如何来改变老化干细胞感知作用力的机制。

原始出处

Huy Quang Le, Sushmita Ghatak, Ching-Yan Chloé Yeung, Frederik Tellkamp, Christian Günschmann, Christoph Dieterich, Assa Yeroslaviz, Bianca Habermann, Ana Pombo, Carien M. Niessen & Sara A. Wickström.Mechanical regulation of transcription controls Polycomb-mediated gene silencing during lineage commitment.Nature Cell Biology.2016