Российские исследователи вместе с коллегами из Италии и Греции с помощью магнитогенетики раздельно воздействовали на три компонента цитоскелета стволовых клеток и проследили, какую генетическую реакцию запускает каждый из них, рассказали «Инку» в МФТИ. Результаты опубликованы в журнале Acta Biomaterialia. Работу поддержал Российский научный фонд, грант № 22−74−10041.
Клетки постоянно испытывают давление окружающих тканей. Их сжимают, растягивают и деформируют. Эти физические воздействия они преобразуют в биохимические сигналы — такой механизм называют механотрансдукцией. Для стволовой клетки подобные сигналы могут определить дальнейшую судьбу, в том числе запустить превращение в клетку костной, жировой или мышечной ткани.
Механические сигналы передает в том числе цитоскелет — внутренняя сеть белковых структур, которая поддерживает форму клетки и помогает ей двигаться. Исследователи сосредоточились на трех компонентах этой сети: актине, микротрубочках и промежуточных филаментах, образованных белком виментином. Отделить вклад каждого раньше было трудно: традиционные методы механической стимуляции затрагивают сразу несколько структур
Чтобы воздействовать на компоненты цитоскелета по отдельности, исследователи использовали магнитогенетический подход. Наночастицы оксида железа Fe₃O₄ размером около 10 нм покрывали антителами, которые распознавали один из трех белков — бета-актин, альфа-тубулин или виментин. Затем на частицы воздействовали внешним магнитным полем. Возникавшая сила около 0,5 пиконьютона создавала локальное натяжение в выбранном элементе цитоскелета.
Эксперимент провели на человеческих мезенхимальных стволовых клетках костного мозга. Через 20 часов после воздействия исследователи проанализировали их транскриптом — набор молекул РНК, отражающий активность генов. Так ученые определили, какие гены изменили активность и какие внутриклеточные программы запустила механическая нагрузка.
Реакция клетки зависела от того, на какую структуру приходилась нагрузка. Натяжение микротрубочек усиливало активность генов, связанных с Wnt-сигнальным путем, взаимодействием с внеклеточным матриксом и миграцией. Воздействие на виментин запускало программы клеточного цикла и репликации ДНК, а также сигнальный путь Hippo, регулирующий рост тканей. Нагрузка на актин, напротив, активировала программы клеточного стресса, окислительных процессов, ферроптоза и старения.