胞外基质刚度调控由PTB/nPTB敲低介导的人源神经元转分化效率的研究
批准号:
12102086
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
胡婧
依托单位:
学科分类:
软物质与柔性结构力学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
胡婧
中文摘要
将人源成年真皮成纤维细胞(HAFs)在体外直接转化为诱导神经元(iNs),为神经退行性疾病的细胞治疗提供了一种新策略。有研究表明细胞外基质(ECM)刚度等力学因素可以改善由过表达转录因子介导的神经元重编程,但是对于连续敲除成纤维细胞中RNA结合蛋白PTB和nPTB介导的人源神经元体外转分化体系,三维ECM刚度对其的调控机制我们还知之甚少。根据前期数据,我们发现在神经元直接转化过程中,细胞对力学刺激反应途径中的一些重要基因被上调,并且在后期采用刚度更低的Matrigel能使神经元生成效率更高。在本项目中,我们计划将人源星形胶质细胞脱细胞制成三维类人脑细胞外基质(hBLECM),并建立ECM刚度与细胞转分化之间的数学力学模型,深入研究ECM刚度在神经元转分化起始期和成熟期不同的力学-生物学调控机制,以期引入hBLECM优化现有转分化体系,获得更多的功能神经元用于基础研究和临床转化。
英文摘要
Direct conversion from human adult fibroblasts (HAFs) to induced neurons (iNs) in vitro implicates a promising strategy for cell therapy in neurodegenerative diseases. It is known that mechanical cues such as extracellular matrix (ECM) stiffness can improve the direct neuron reprogramming by overexpressing a combination of neuronal transcriptional factors, but the effects of three-dimensional ECM on transdifferentiation of iNs via sequential knockdown of RNA-binding proteins PTB and nPTB in HAFs remain unexplored. According to our preliminary data, we found some genes from pathway of cellular response to mechanical stimulus were upregulated during direct iNs conversion, and generation efficiency of iNs was higher with commercial Matrigel coating with lower stiffness at late stage. In this proposal, we plan to prepare a three-dimensional human brain-like extracellular matrix (hBLECM) from decellularized human astrocytes with supplements of related scaffold proteins and neuronal growth factors, which could mimic human brain microenvironments for development and growth of neurons. In addition, we also plan to construct a mathmatical-mechanical modulation between ECM stiffness and transdifferentiation efficiency. Using this self-designed hBLECM, we next study the mechanical-biological mechanism of ECM stiffness to facilitate neuronal transdifferentiation at early or late stage, separately. And based on these key mechanical properties of hBLECM, we aim to establish an advanced system from current in vitro HAFs-iNs protocol to obtain more functional neurons for both research and clinical purposes.
在细胞微环境中,细胞通过感知力学信号并将其转化为生物化学信号,从而实现迁移、增殖、分化等生理功能。研究细胞外基质(ECM)在不同生理或病理环境下对细胞行为的调控,对神经再生医学和组织工程具有重要意义,也是当前生物医学研究的重点问题。在基金支持下,本项目围绕类人脑细胞外基质(hBLECM)的制备及其刚度特性对PTB/nPTB敲低介导的人源神经元转分化体系的物理与分子调控机制开展研究,取得了以下成果:共发表论文5篇,获得科创竞赛荣誉3项,培养博士研究生1名和硕士研究生2名。主要成果包括:1)成功制备了能够模拟人源神经元生长微环境的类人脑细胞外基质,包括人源星形胶质细胞来源的胞外基质和小鼠全脑来源的胞外基质,并分别建立了独特的实验体系,能够快速高效地获得类人脑胞外基质培养环境。2)通过原子力显微镜检测和蛋白质Label-free组学数据分析,揭示了类人脑细胞外基质通过刚度力学信号传导通路促进神经元体外转分化效率的机制,并筛选出胞外基质糖蛋白TNC作为新的靶点。研究表明,TNC可以响应胞外基质的刚度,并通过细胞膜上的Integrin受体介导生物力学信号,激活Hippo/YAP通路,形成TNC-Integrin-YAP轴,进而调控细胞核内神经元相关基因簇的转录表达。3)基于上述研究成果,建立了基于类人脑细胞外基质涂层的人源诱导型神经元转分化的高效体外体系。与现有商业基质胶相比,该体系能够在体外获得更多的转分化神经元,并显著提高了神经元在体外的存活率与成熟效率。4)将研究拓展至不同的神经退行性疾病系统,深入探究了胞外基质相关的病理机制。这些研究揭示了类人脑细胞外基质的力学特性与神经元转分化效率之间的关系,进一步深化了人们对细胞外基质在神经再生中作用的认识,为设计高效的神经再生材料和开发神经再生治疗策略提供了重要的参考依据。
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