汪宁Nature子刊 胚胎干细胞独特的控制机制

　　

生物通报道，伊利诺大学香槟分校机械科学与工程学院，细胞与生物发育学院，印第安纳大学-普渡大学生物医学工程学院的科学家在生物物理交叉学方面取得新的研究进展，相关成果发表在最新的《Nature Materials》在线版上。

 

文章通讯作者是伊利诺大学的华人科学家汪宁教授，早年毕业于华中科技大学，90年代赴美，在哈佛大学获得生理学博士学位。其后留任哈佛大学，2006年赴任伊利诺大学任教。他所在实验室主要从事细胞力学，机械生物学，干细胞生物学，分子机械医学等方面的研究。第一作者是汪宁教授的博士生Farhan Chowdhury（3年级）。

 

如果想了解更多汪宁教授关于这个课题的研究进展和未来趋势，可阅读专访文章：专访汪宁 胚胎干细胞的研究新视点

 

在这篇最新的文章中，汪宁教授研究小组发现，胚胎干细胞有一个独特固有的性能-即细胞软性质(Cell softness)-这个性能决定了为什么很小的机械力能够促进胚胎干细胞的伸展与分化。

 

课题组将直径4微米的磁珠置于活的胚胎干细胞表面，然后施加一个微小的震荡磁场，使磁珠在磁场中来回震荡。通过精确测量磁场以及磁珠震荡的距离，可以计算出对细胞施加的机械力以及细胞软性质。

 

研究发现，机械力的周期性非常重要，它能够刺激细胞内部的力的产生，如肌球蛋白周期性运动。研究人员发现小鼠的胚胎干细胞相比其分化为其他类型的细胞要更柔软，对局部周期性的力更敏感。此外，研究人员利用这种周期性的力对人类的肌肉细胞进行研究，得到类似的结果。

 

研究还发现一个很小的局部力能够改变单个胚胎干细胞Oct3/4基因的表达，也许其他基因的表达也可以被改变。

 

这个新颖的课题可能弥补拟补化学刺激方法的某些不足：例如无法调节单个细胞的基因表达。

（生物通 小茜）

生物通推荐原文检索

Nature Materials

Published online: 18 October 2009 | doi:10.1038/nmat2563

 

Material properties of the cell dictate stress-induced spreading and differentiation in embryonic stem cells

Farhan Chowdhury1, Sungsoo Na1,2,5, Dong Li3,5, Yeh-Chuin Poh1, Tetsuya S. Tanaka4, Fei Wang3 & Ning Wang1

 

【Abstract】

Growing evidence suggests that physical microenvironments and mechanical stresses, in addition to soluble factors, help direct mesenchymal-stem-cell fate. However, biological responses to a local force in embryonic stem cells remain elusive. Here we show that a local cyclic stress through focal adhesions induced spreading in mouse embryonic stem cells but not in mouse embryonic stem-cell-differentiated cells, which were ten times stiffer. This response was dictated by the cell material property (cell softness), suggesting that a threshold cell deformation is the key setpoint for triggering spreading responses. Traction quantification and pharmacological or shRNA intervention revealed that myosin II contractility, F-actin, Src or cdc42 were essential in the spreading response. The applied stress led to oct3/4 gene downregulation in mES cells. Our findings demonstrate that cell softness dictates cellular sensitivity to force, suggesting that local small forces might have far more important roles in early development of soft embryos than previously appreciated.