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流体剪切应力和基底刚度对小鼠骨肉瘤细胞Yes相关蛋白( yap )活性和成骨的影响

骨肉瘤 (OS) 是一种侵袭性骨癌,起源于成骨细胞谱系,是全球最常见的原发性骨恶性肿瘤。OS 肿瘤通常发生在儿童、青少年生长阶段 。


OS 的治疗选择通常是手术切除,和使用大剂量甲氨蝶呤、阿霉素或顺铂。这种病理的中心细胞类型是骨髓间充质干细胞 (MSC)。



最近研究发现, YAP(及其旁系同源物 TAZ)在骨骼发育、体内平衡和修复的许多方面起着关键作用。

Yes-Associated Protein (YAP) 相关蛋白是一种有效的生长促进剂,参与包括骨骼在内的许多组织的健康生长和发育 ,但也被重新激活并与骨骼致瘤性密切相关。YAP 活性受到肿瘤抑制性 Hippo 途径的控制。

众所周知,骨细胞对局部间质液运动产生的剪切应力高度敏感 。实体瘤的发展已被证明会导致不同的局部液体运动,并增加组织内的间质压力 。这导致在整个肿瘤块及其局部微环境中产生不同的流体流动剪切应力 (FFSS) 。

因此,了解OS细胞在代表肿瘤微环境的不同物理/机械特性(如FFSS/基质刚度)环境中如何表现是了解疾病发展和进展的一个重要方面。


以此为起点,来自纽约大学医学院骨科 、纽约城市学院生物医学系等医学团队联合在《Cancers》杂志上发表了名为《The Effect of Fluid Flow Shear Stress and Substrate Stiffness on Yes-Associated Protein (YAP) Activity and Osteogenesis in Murine Osteosarcoma Cells.》的学术研究报告。



该研究团队在基因水平上测试了骨肉瘤细胞对与肿瘤微环境相关的两种不同机械刺激的反应。第一种是有流体在表面上流动,第二种是下面的表面很坚硬。在研究中,发现流体流动尤其具有改变 OS 癌细胞行为的能力,并且有可能用于减少它们的有害影响。



部分实验过程


流体流动剪切应力 (FFSS)


对于FFSS 研究,将 mOS482 细胞以 1 × 105细胞/载玻片的密度铺在 I 型胶原涂层显微镜载玻片上,并在高葡萄糖 MEM 培养基中培养 24 小时。然后将细胞置于商业流体流动系统中,在计算的剪切应力水平(在细胞表面)为 1 kPa 时,使它们经受连续层流流体流动。

对照细胞铺在载玻片上并保持在相同的培养基和条件下,但不流动。然后收集和处理细胞用于后续分析。

实验结果

1.流体流动剪切应力 (FFSS) 研究

由于 Sox2 在 OS 细胞中保持干性和活跃的核 YAP 表达,我们检查了机械应力对表达高或低 Sox2 的细胞的影响,并使用共聚焦显微镜检查了 YAP 细胞内定位。

使用和不使用 FFSS 评估核与细胞质 YAP 表达细胞的百分比。数据显示,在单独不存在 Sox2 的情况下(在 shSox2 细胞中),核 YAP 减少,但这种趋势随着 FFSS 应用于 shSox2 细胞而逆转。

除了亚细胞定位外,还评估了 YAP 下游靶标(CYR61、CTGF 和 BDNF)的表达水平,以确定其细胞内活性。这些数据表明,FFSS 显着增加了 shSox2 细胞中 CYR61 和 BDNF 的表达,而在对照组中未观察到显着变化。

成骨基因表达也随着FFSS的增加而增加,这种效果在 shSox2 细胞中更明显,Sox2 水平降低。与对照细胞 (scr) 相比,通过 shSox2 细胞中 Sox2 的减少,Runx2 的表达似乎没有变化,但在两组中都被 FFSS 增加,而仅在 shSox2 细胞中,通过 FFSS 的 osterix 和骨钙素表达显着增加。相比之下,OPG 表达随着 FFSS 在 scr 细胞中增加,但在 shSox2 细胞中没有增加。

2.基材刚度研究

聚丙烯酰胺 (PA) 水凝胶在这些研究中是可重复制造和表征的。分别为“软”和“硬”组选择 1 和 60 kPa 的刚度值来代表相关的 OS 组织特性。平衡后的机械测试证实了我们两组中的这些平均值。接下来,底物刚度对细胞增殖的影响表明,刚度增加导致 scr 细胞中细胞增殖增加,但在没有 Sox2 的情况下,这种影响减弱。

综上所述,这些数据表明,通过调节 OS 肿瘤中的液体运动或其中的刚度水平可以增加其进展过程。

参考文献:[1]Coughlin Thomas R,Sana Ali,Voss Kevin,Gadi Abhilash,BasuRoy Upal,Curtin Caroline M,Mansukhani Alka,Kennedy Oran D. The Effect of Fluid Flow Shear Stress and Substrate Stiffness on Yes-Associated Protein (YAP) Activity and Osteogenesis in Murine Osteosarcoma Cells.[J]. Cancers,2021,13(13).

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