«Наша кожа защищает нас от внешнего мира, постоянно подвергаясь токсическим воздействиям, травмам, ультрафиолетовому излучению и механическим нагрузкам. Поэтому особенно важно, чтобы клетки кожи могли реагировать на силы », — говорит Хай Куанг Ле, ведущий ученый исследования, проведенного в Институте биологии старения Макса Планка, партнером CECAD. Результаты опубликованы в Nature Cell Biology.
Чтобы изучить, как клетки кожи реагируют на силы, Ле и его коллеги использовали специальное механическое устройство, чтобы подвергнуть культуры стволовых клеток кожи аналогичному механическому растяжению, которое они будут испытывать внутри тканей. Анализ экспрессии генов этих механически растянутых стволовых клеток с использованием секвенирования следующего поколения показал, что тысячи генов были подавлены, в то время как очень немногие гены увеличивали их экспрессию.
Дальнейшие исследования показали, что растяжение вызывает глобальные изменения в том, как ДНК упакована в ядре.
Это привело к широко распространенному подавлению транскрипционной активности клетки, что означает, что меньше ДНК копируется в информационную РНК для генерации белков. Чтобы стволовая клетка могла дифференцироваться, ей необходимо транскрибировать большое количество генов, чтобы обрести свою специализированную архитектуру и функцию. В результате механического напряжения растянутые стволовые клетки не будут дифференцироваться в присутствии сигнала дифференцировки. «Было приятно осознавать, что мы можем изменить структурную организацию ДНК, просто воздействуя механическими силами на стволовые клетки», — говорит Сара Викстром.
Углубляясь в клеточный механизм перестройки ДНК, Ле и его коллеги обнаружили, что механические силы ощущаются в ядерной оболочке, структуре, которая окружает ДНК и отделяет ее от остальной части клетки. Ключевой молекулой в этом восприятии силы был белок под названием эмерин, который связывает ядро и ДНК с цитоскелетом, несущей силу структурой клетки.
Это было особенно интересно, поскольку эмерин мутирует при заболевании, называемом мышечной дистрофией Эмери-Драйфуса, которое заставляет пациентов страдать от дегенерации механически напряженных тканей, таких как скелетные мышцы, сердце, а также кожа. «Поскольку точные патомеханизмы этого заболевания неизвестны, и у нас нет эффективного лечения, основная цель лаборатории в будущем — понять, играют ли механизмы, раскрытые в этом исследовании, роль в патогенезе заболевания», — говорит Сара Викстром. Поскольку механические свойства тканей меняются с возрастом, другая цель — понять, как старые стволовые клетки воспринимают силы и как измененные механические свойства окружающей ткани могут изменить это.
