由多细胞球体中持久的超细胞骨架结构编码的集体机械记忆

《ACS Applied Materials & Interfaces》：Collective Mechanical Memory Encoded by Long-Lasting Supracellular Cytoskeletal Structures in Multicellular Spheroids

细胞通过自组织形成的actin-CK18网络能集体保留机械记忆，即使环境剧烈变化。研究显示软基质培养的卵巢癌细胞在转移模型中具有更强的细胞间黏附，形成外周致密骨架结构，并通过间隙连接维持记忆。该机制揭示了肿瘤细胞群在硬基质中转移的分子基础。

　　

动物细胞能够感知并“记住”其细胞外环境的硬度，从而导致形态和功能的持续变化。这种“机械记忆”之前已经通过单个细胞的研究得到证实，并被归因于表观遗传变化和转录活性。然而，目前尚不清楚这种记忆是否会在细胞群体中得以保留。在这里，我们发现即使在机械环境发生剧烈变化的情况下（例如癌症转移过程中），细胞群体仍能通过自组织的肌动蛋白-CK18网络维持机械记忆。作为案例研究，我们模拟了卵巢癌转移过程，发现最初在不同硬度条件下培养的细胞在整个转移过程中保持了不同的迁移特性。值得注意的是，经过软环境处理的细胞比经过硬环境处理的细胞表现出更强的细胞间粘附性。当这些细胞聚集成多细胞球体（模拟患者腹水中的恶性球体）时，经过软环境处理的球体在其外围表面形成了密集的、类似笼子的肌动蛋白-CK18结构。此外，这些经过软环境处理的球体表现出集体侵袭能力下降的现象，反而被这种持久的细胞骨架结构所限制。抑制缝隙连接可以减少细胞骨架笼子的形成，表明通过缝隙连接进行的动态细胞间通信对于维持集体机械记忆至关重要。这项研究揭示了一种不单纯依赖于表观遗传和转录激活的机械记忆机制，有助于我们更好地理解起源于硬化基质的肿瘤细胞簇的更高转移潜力。