2.ábra
az aktin hálózat és a mag térbeli szerveződését a myoblast morfológia irányítja. (A) Epifluoreszcens képek a c2c12 sejtekről, amelyeket 1600 6m2-es fibronektin (FN) mikrominterneken termesztenek, és F-aktin (zöld), sejtmag (kék) és vinculin (piros). A kör alakú, négyzet alakú, háromszög alakú és téglalap alakú (1:4 és 1:7 képarány) mikrominták a CSI = 1, 0,79, 0,60, 0,50 és 0,34 értékeknek felelnek meg. A sávok mérete 20 fő. B) az aktinszálak térbeli szerveződésének tipikus példái mikroszálas C2C12 sejtekben, amelyek orientációjuk szerint színkóddal vannak ellátva. A sávok mérete 20 fő. (C) az aktinhálózat tájolása lekerekített (n = 12 fekete), négyzet alakú (n = 11 piros), háromszög alakú (n = 19 kék) és 1:4 (n = 18 zöld) vagy 1:7 (N = 11 Rózsaszín) téglalap alakú mikropatter myoblastokban. (D) A nukleáris oldalarány és (E) a nukleáris orientáció alakulása a myoblastok különböző geometriáihoz (10 db / 15 db CSI).
a sejtgeometria szerepének kvantitatív meghatározásához az aktin citoszkeleton térbeli szerveződésében meghatároztuk az aktinszálak orientációját az egyes sejtformákhoz34, 35. A phalloidinnal festett aktinszálakat tájolásuk függvényében színkóddal színeztük, a színgradiens világoskéktől kezdve, amikor az aktinszálakat a vízszintes tengelyre merőlegesen szervezték (0!), a vöröset (+90!) vagy a narancsot (-90!). 2B). Megfigyeltük, hogy a lekerekített sejtekben az aktinszálak véletlenszerűen oszlanak el, orientációjuk -90-től + 90-ig terjed. A négyzet alakú sejtek aktinszálakat mutattak ki három fő szögtartományban: 0° 25°, 50° 90° -50° -90°, mivel háromszög alakú sejtek mutatott aktin szálak elsősorban szervezett szerint a három oldalán a minta, 0°, 60° -60°. Érdekes módon azt találtuk, hogy az aktinszálak erősen orientáltak a hosszú cellatengellyel párhuzamosan (0 db) az 1:4 (CSI = 0,50) és 1:7 (CSI = 0,34) képarányú négyszögletes cellák esetében. A vinculin tartalmú adhéziók számszerűsítése nem mutatott statisztikai különbséget a sejtmorfológiák közötti adhéziós területeken (kiegészítő ábra. 5A-C), míg a fokális adhéziók orientációját a sejt alakja modulálta (kiegészítő ábra. 5D, E), amint azt az aktinszálak esetében megfigyelték. Eredményeink azt mutatják, hogy mind az 1:4, mind az 1:7 téglalap alakú myoblastok lehetővé teszik az aktin citoszkeleton erősebb szerveződését (ábra. 2c) és fokális adhéziók, ami arra utal, hogy a myoblast megnyúlása kontraktilis dipólusok kialakulásához vezet.
figyelembe véve a sejtmag szerepét a myoblastok differenciálódásában a myotubes-ben, ezután megvizsgáltuk, hogy a sejt alakjának és a citoszkeleton architektúrájának változásai képesek-e modulálni a nukleus alakját és orientációját36. Megállapítottuk, hogy a nukleáris képarány jelentősen megnőtt a CSI csökkentésével (ábra. 2D). Valójában a kör alakú mikromintákon lévő lekerekített sejtek (CSI = 1) lekerekített magot mutattak, amelyet 1,11 0,06 átlagos oldalarány jellemzett, míg az 1:4 (CSI = 0,50) és 1:7 (CSI = 0,34) oldalarányú téglalap alakú sejtek nagy magdeformációkat mutattak, 1,39 0,21, illetve 2,19 0,23 oldalaránnyal. Azt is észrevettük, hogy a mag orientációját a sejtmorfológia modulálta (ábra. 2E). Megállapítottuk, hogy a lekerekített, négyzet alakú és háromszög alakú sejtekben a mag tájolása széles szögtartományt ölel fel (~15-től ~60-ig), átlagos tájolása ~40 (kör alakú, n = 11), ~33 (négyzet, n = 14) és ~43 (háromszög, n = 10) volt a vízszintes tengelyhez képest. A négyszögletes sejtek esetében az eredményeink azt mutatták, hogy a sejtmag a sejttengellyel párhuzamosan orientálódott, átlagos szöge ~14 (1:4, n = 15) és ~2 (1:7, n = 10) volt.
A sejtek megnyúlása fokozza a myoblast kontraktilitását
a következő kérdés, amellyel foglalkoztunk, az volt, hogy a sejt alakjának változásai hogyan befolyásolják a myoblast kontraktilitását. A kérdés megválaszolásához vontatási erő mikroszkópiát (TFM) használtunk a mikropatterrel ellátott myoblastok által kifejtett vontatási feszültségek meghatározására. Amint az ábrán látható. 3A megfigyeltük, hogy a maximális feszültségeket a mikropatter myoblastok végtagjain fejtettük ki, függetlenül a sejt alakjától. Amint azt korábban más sejttípusokon37 megfigyeltük, a kontraktilis stressz elsősorban a mikropatternált myoblastok sarkaiban (négyzetek és háromszögek) vagy mindkét végtagján (1:4 és 1:7 téglalapok) halmozódott fel. Számszerűsítettük az egyes mikropatter myoblastok által kifejtett teljes stresszt annak meghatározására, hogy a sejt morfológiája modulálja-e a sejt kontraktilitását. Amint az ábrán látható. 3B, a lekerekített cellák (CSI = 1) összesen 170,7 (CSI = 46,4 N/m2), míg a téglalap alakú cellák (CSI = 0,34, képarány 1:7) összesen nagyobb (295,9 (656) feszültséget fejtettek ki.8 N / m2), ami arra utal, hogy a hosszúkás sejtformák fokozott vontatási feszültségekhez vezetnek. Továbbá azt tapasztaltuk, hogy a téglalap alakú cellák (CSI = 0,34, képarány 1:7) a nagyobb maximális feszültségértéket mutatták (684,3 657,8 pa, ábra. 3C), míg a lekerekített myoblastok a legalacsonyabb maximális stresszértéket mutatták (351,5 623,6 pa). Figyelembe véve, hogy a kontraktilis feszültségeket a sejt perifériáján fejtettük ki, és hogy a CSI csökkentése fokozott vontatási feszültségeket eredményez, a maximális feszültségértéket a tömegközépponttól a sejt végéig tartó távolság függvényében ábrázoltuk (ábra. 3D), ami 22,6 fő (CSI = 1), 28,28 fő (CSI = 0,79 fő), 33,98 fő (CSI = 0,60 fő), 41,23 fő (CSI = 0,50 fő) és 53,45 fő (CSI = 0,34 fő). Amint az ábrán látható. 3D-ben azt találtuk, hogy a maximális kontraktilis stressz lineárisan nőtt a centroidtól a sejt végéig tartó távolsággal (R2 = 0,958, n = 65), ami arra utal, hogy a myoblastok hosszúkás morfológiái több vonóerőt fejtenek ki.
annak érdekében, hogy meghatározzuk az aktomiozin hálózat hozzájárulását a kontraktilis erők kialakulásához a myoblastokban, a C2C12 sejteket a G-aktin megkötő gyógyszerrel, a Latrunculin B-vel (LatB) és a miozin II inhibitor Blebbistatinnal (Bleb) kezeltük. A phalloidinnal kezelt myoblastok azt mutatták, hogy a LatB-vel és a Bleb-vel kezelt sejtek diffúz aktinhálózatot mutattak (ábra. 3E), bizonyítva, hogy mindkét gyógyszer jelentősen befolyásolta az F-aktin szervezetét. A TFM-et mindkét gyógyszerrel kezelt mikropattern myoblastokon használtuk, hogy meghatározzuk az aktomyosin hálózat szerepét a kontraktilis erők kialakulásában a különböző geometriájú myoblastokban. Eredményeink azt mutatják, hogy a LatB kezelés a kontraktilitás jelentős csökkenését okozta, amely a sejt megnyúlásával nőtt. Valójában a lekerekített sejtek a kontraktilis stressz ~62% – os veszteségét mutatták, míg a LatB-vel kezelt 1:4 és 1: 7 téglalap alakú sejteket ~88%, illetve ~86% kontraktilis stressz veszteség jellemezte (ábra. 3F). Továbbá, azt találtuk, hogy a kontraktilis stressz 1:A Bleb-vel kezelt 4 téglalap alakú sejtet a kontraktilis erő ~80% – ának elvesztése jellemezte, bizonyítva, hogy a miozin II molekuláris motorok a myoblast kontraktilis erők kulcsszereplői.
Összességében ezek az eredmények azt mutatják, hogy az aktomyosin hálózat kontraktilitása a hosszúkás myoblastokban fokozódik a párhuzamos aktomyosin rostok sűrű hálózatának létrehozásával.
A sejtpárok kontraktilitása nőtt a fúziójuk és a hosszúkás mikropatternákon történő emelés után
annak megértéséhez, hogy a myoblast morfológiája hogyan befolyásolhatja a myotubák kontraktilis tulajdonságait, két myoblast minimális modelljét vesszük figyelembe. Először meghatároztuk a különböző formájú mikromintákra bevont P1 (24 h proliferációs közegben) sejtdublettek által kifejtett vonóerőt (kiegészítő ábra. 6A). A CSI széles tartománya között nem volt statisztikai különbség a kontraktilis stresszben (kiegészítő ábra. 6B), az aktin hálózat jól meghatározott orientációja ellenére (kiegészítő ábra. 6C) és a magok (kiegészítő ábra. 6D, E) 1:4 és 1:7 téglalap alakú mikromintákon. Ezen megfigyelés alapján számszerűsítettük a körkörös (CSI = 1) és négyszögletes (CSI = 0,50, 1:7 képarány) FN mikrominterneken tenyésztett sejtdubletek által kifejtett kontraktilis stresszt további öt nap alatt (D5, ábra. 1H) differenciáló közegben. A MitoTracker Red CMXRos-t (Thermofisher Scientific), élő mitokondriális festést használtuk annak biztosítására, hogy a myoblast dublettek összeolvadjanak (ábra. 4A) 38. Amint az ábrán látható. 4B, C, Azt találtuk, hogy a teljes kontraktilis stressz kissé megnövekedett a kör alakú mikropinternákon növesztett fuzionált sejtdubleteknél (267 64 pa), összehasonlítva a kör alakú, nem fuzionált sejtdubletekkel (157 37 pa), míg az fuzionált hosszúkás dubletteknél több mint kétszer nagyobb volt a kontraktilis (543 193 pa), mint a nem fuzionált hosszúkás dubletteknél (211 73 pa). Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a sejtek összehúzódása a sejtfúzió után növekedett, és a hosszúkás morfológiák esetében jelentősen javult.
4.ábra
a sejtpárok kontraktilitása nőtt a fúziójuk után és a hosszúkás mikropatternákon. (A) A c2c12 sejtpárok Epifluoreszcens képei nem fuzionált (D) és fuzionált (FD) kör alakú és téglalap alakú (1:7 képarány) FN mikromintákon, és mitokondriumokra festettek Mito trackerrel. A sávok mérete 20 fő. B) A c2c12 sejtpárok által a kör alakú és négyszögletes FN mikromintákra fuzionált kontraktilis feszültség reprezentatív térképei. C) a nem fuzionált (D), (sima rudak) és fuzionált (FD, hasított rudak) c2c12 sejtpárok teljes feszültségének alakulása kör alakú (szürke) és négyszögletes (lila) FN mikrominterneken. D kör: n = 8; FD kör: n = 5; D téglalap: n = 6 és FD téglalap: n = 8. ** p < 0.01.
az aktomiozin kontraktilitása elősegíti a myotube differenciálódását
ezután megkérdeztük, hogy a myoblastok aktomiozin kontraktilitása befolyásolhatja-e a myotube differenciálódását. A c2c12 myoblastokat FN-bevonatú szubsztrátokon tenyésztettük proliferációs közegben 2 napig (P2, ábra. 1H) a celluláris összefolyás eléréséhez. Ezután vagy LatB-t vagy Bleb-et adtunk hozzá 30 percig, majd a proliferációs táptalajt differenciáló táptalajjal helyettesítettük. 4 nap elteltével differenciáló közegben (D4, ábra. 1H), A C2C12 sejteket rögzítették és festették a DNS és a TroponinT, a differenciálódás markere (ábra. 5). A LatB és Bleb kezelések hatását alfa-aktinin festéssel értékeltük a Latrunculin B-vel (+LatB) és blebbistatinnal (+Bleb) kezelt kontroll myotubes (CTRL) és myotubes. Amint azt a kiegészítő ábra. 7, a kontroll myotubes tipikus csíkos Z-sávos mintákat mutat, míg a LatB és a Bleb kezelések zavarják a myotubes csíkozási mintáit. Kontroll myotubes (CTRL) jellemeztük átlagos képarány 7,99 3,38 (ábra. 5A) és a pozitív Troponin T terület 51,7 6,6% (ábra. 5B). Eredményeink azt mutatják, hogy a LatB és a Bleb kezelések a Troponin T terület hányadát 44,9 6,2% – ra, illetve 44,4 5,1% – ra csökkentették. Ezenkívül azt találtuk, hogy a fúziós index statisztikailag alacsonyabb volt a LatB (27 6%!) és a Blebb-vel kezelt (29 3%) sejteknél, mint a kontrollsejteknél (38 5%!!), erősítve az aktomiozin kontraktilitásának szerepét a myoblast differenciálódásban (ábra). 5C). Összességében ezek az eredmények azt mutatták, hogy a myoblastok aktomyosin kontraktilitása elősegíti a myotube differenciálódását.
5.ábra
az aktomiozin kontraktilitása elősegíti a myotube differenciálódását. (A) A myotube képarány eloszlása 4 nap elteltével differenciáló közegben (n = 114, R2 = 0,915). B) a troponin T pozitív területének százalékos aránya és C) a kontrollsejtekben (CTRL), LatB-ben és Bleb-ben kezelt sejtek fúziós indexének alakulása (n = 20 mindegyikre). (D) a kontroll myotubes (Ctrl), LatB és Bleb-kezelt Myotubes tipikus epifluoreszcens képei 4 nap után differenciálódó közegben képződnek. A Myotubes-t DNS-re (kék) és troponin T-re (piros) immunszonálták. A sávok mérete 100 6m. * p < 0,05, **p < 0,01 és n.s. nem szignifikáns.
a Myoblast megnyúlása kiváltja a Yap nukleáris exportot, amely elengedhetetlen a myoblastok myotubákba történő differenciálódásához
a myotube differenciálódását szabályozó intracelluláris mechanizmusokba való betekintés érdekében figyelembe vesszük a YAP szerepét azáltal, hogy meghatározzuk annak lokalizációját a citoplazmában vagy a myoblastok magjában, ahol kötődik a myoblastokhoz és a myoblastokhoz aktiválja a tead transzkripciós faktorokat39. Ennek érdekében számszerűsítettük a citoplazmatikus/nukleáris YAP arányt mikropatternált myoblastokban (ábra. 6A és kiegészítő ábra. 8). Cell nyúlás 1:4 és 1: 7 négyszögletes mikrominták növelték a citoszol/nukleáris YAP arányt (ábra. 6B), ami arra utal, hogy a sejtek megnyúlása az aktomyosin hálózat által kifejtett nukleáris nyomóerőkön keresztül kiváltja a YAP nukleáris exportot40. Annak ellenőrzésére, hogy a Yap lokalizációja a citoplazmában vagy a magban összefügg-e a differenciálódási folyamat meghatározott szakaszaival, a Yap-ot c2c12 sejtekben festettük a proliferációs lépés 24 órája (P1) és 48 órája (P2), valamint a differenciálódási lépés 96 órája (D2) és 264 órája (D9) után (ábra. 6C és kiegészítő ábra. 9). Érdekes módon eredményeink azt mutatták, hogy a citoplazmatikus/nukleáris YAP Arány 0,37 0,07-ről 0,68 0,06-ra nőtt a P2-nél és 0,67 0,06-ra a D2-nél, majd 0,42 0,10-re csökkent a D9-nél (ábra. 6D). Érdekes módon a citoplazmatikus / nukleáris YAP arány a D9-nél statisztikailag nem különbözött a P1 értékektől, ami arra utal, hogy a differenciált myotubes citoplazmatikus/nukleáris YAP aránya hasonló a myoblastokéhoz. Ezen eredmények igazolására a myoblastokat a P1 (24 h) proliferációs szakaszban és a D2 (96 h) differenciálódási szakaszban gyűjtöttük be, és izoláltuk citoplazmatikus és nukleáris anyagaikat. Bicinchoninsav (BCA) fehérje vizsgálatot végeztünk, és a citoplazmatikus és nukleáris extrakciókban lévő fehérjéket elektroforézissel elemeztük (ábra. 6E). Western blot eredményeink azt mutatták, hogy a citoplazmatikus/nukleáris YAP Arány 0,62-ről 0,08-ra nőtt P1-nél 0,87 0,24-re D2-nél (ábra. 6F). A YAP biokémiai mennyiségi meghatározása jelentős Yap nukleáris exportot mutatott a C2C12 sejtek megkülönböztetésében, és megerősítette eredményeinket.
6.ábra
a Myoblast megnyúlása kiváltja a Yap nukleáris exportot, ami elengedhetetlen a myoblastok myotubokká történő differenciálódásához. (A) Epifluoreszcens képek c2c12 sejtek nőtt FN mikropinterns 1600 6m2 és immunszaporított YAP. A sávok mérete 20 fő. (B) citoplazmatikus-nukleáris YAP arány a különböző myoblast morfológiákra (n = 10 mindegyikre). C) A Yap-ra immunizált összefolyó c2c12 sejtek Epifluoreszcens képei a proliferációs szakasz 1.napján (P1, 24 h), valamint a differenciálódási szakasz 2. napján (D2, 96 h) és 9. napján (D9, 264 h). A sávok mérete 100 6m. (D) citoplazmatikus-nukleáris YAP Arány P1 (n = 50), P2 (n = 30), D2 (n = 30) és D9 (n = 30) esetén. E) A Yap (65 kDa) expresszió Western blot analízise a C2C12 proliferációban és differenciálódásban. (F) citoplazmatikus-nukleáris YAP Arány (átlag 6 S. D.) a proliferáció és a differenciálódás során (3 replikáció minden egyes állapotra 20,106 sejt/replikációval). (G) citoplazmatikus-nukleáris YAP Arány D2-nél és (H) fúziós index a kontroll (CTRL) és leptomicinnel (LMB) kezelt sejteknél D4-nél. ** p <0,01, ****p < 0,0001 és n.s nem szignifikáns.
ezen eredmények alapján értékeltük a Yap szerepét a leptomycin B alkalmazásával, hogy blokkolja az aktív exportot a magból azáltal, hogy közvetlenül kötődik az exportin141-hez. Alberto Elosegui-Artola és munkatársai a közelmúltban kimutatták, hogy a leptomycin B (LMB) hatékonyan használható annak tanulmányozására, hogy a citoszkeleton által kifejtett kontraktilis erők hogyan hajtják végre a Yap nukleáris transzlokációt39. A c2c12 myoblastok P2-nél (48 h) LMB-vel történő kezelésével azt találtuk, hogy a citoplazmatikus / nukleáris YAP Arány szignifikánsan alacsonyabb volt az LMB-vel kezelt sejtekben D2-nél (96 h, ábra. 6G), ami arra utal, hogy a YAP főleg a magon belül koncentrálódik, amikor a nukleáris export gátolva van. Ezenkívül eredményeink azt mutatták, hogy az LMB-vel kezelt sejtek D4-es fúziós indexe (ábra. 6H) nagyon alacsony volt (3,8 6db.5%) a kontrollcellákhoz képest (42,4 6,1%), ami azt mutatja, hogy a c2c12 differenciáláshoz aktív nukleáris exportra van szükség.