机械信号转导直接影响干细胞的分化功能2023-08-22 08:51:05
干细胞对生物物理信号的响应表现在干细胞能够感知物理微环境，并且能够将细胞外的物理信号转导产生生物信号，这个过程依赖于干细胞内独特的生物结构。细胞骨架、细胞核和细胞膜等结构表现出黏弹性的力学性质，能够响应拉伸、剪切、压缩等物理微环境中的力学行为。其中，细胞膜上的黏着斑是干细胞感知物理微环境的主要机械敏感受体。黏着斑由整合素、桩蛋白和踝蛋白等多种黏附分子组成，能够与ECM中的配体相结合并感知如基质硬度、形貌等物理信号。黏着斑不仅能够感知细胞外的物理信号，还能通过与肌动蛋白细胞骨架的复合将物理信号传递到细胞内部，并诱发一系列的生物信号分子的级联反应，最终影响细胞核内基因的表达进而调控细胞功能。这个过程也称为机械信号转导，机械信号转导能够直接影响干细胞的分化功能。然而物理微环境对干细胞功能的影响较为复杂，机械信号转导的内在机制尚未得到充分的生物学解释。从生物物理及力学角度分析，细胞与物理微环境之间的相互作用可以通过成熟的力学模型框架描述，例如Chan等建立的“肌球蛋白—黏附蛋白”模型已经被广泛应用于描述细胞在弹性基质上的黏附和迁移等细胞行为。在该模型中，细胞收缩力由肌球蛋白产生，而黏附蛋白与基质弹性连接。其中，v是肌动蛋白流动的有效速率，v0是不受力时肌动蛋白流动的速率，Fstall是肌动蛋白静止时，肌球蛋白施加的收缩力。该模型能够预测细胞在不同硬度上的收缩力变化。改进的motor-clutch模型能够用于描述物理微环境对干细胞分化的调控。例如，Wan等通过建立motor-clutch模型描述黏着斑的活化。
出自《物理微环境调控干细胞定向分化》作者李驰宇，樊瑜波.
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