Schematisk illustration av hur mekaniska egenskaper hos substrat påverkar var YAP/TAZ-proteinlokalisering i hjärtstamceller (vänster) och hur detta påverkar stamcellsutveckling och funktion (höger).
Proteiner associerade med reglering av organstorlek och form har visat sig svara på mikromiljöns mekanik på ett sätt som specifikt påverkar beslutet hos vuxna hjärtstamceller att generera muskulära eller vaskulära celler.
Cellutveckling för specifika funktioner – så kallad celldifferentiering – är avgörande för att bibehålla friska vävnader och organ. Två proteiner i synnerhet - det Yes-associerade proteinet (YAP) och WW-domäninnehållande transkriptionsregulatorprotein 1 (WWTR1 eller TAZ) - har kopplats till kontroll av celldifferentiering i lymfvävnaderna, cirkulations, tarm- och nervsystem, samt reglera förnyelsen av embryonala stamceller. Ett internationellt samarbete mellan forskare har nu identifierat att förändringar i elasticiteten och nanotopografin i cellmiljön för dessa proteiner kan påverka hur hjärtstamceller differentierar med konsekvenser för uppkomsten av hjärtsjukdomar.
Forskare vid International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA), Institutet för materialvetenskap (NIMS) samarbetade med forskare i Finland, Italien, Nederländerna, Saudiarabien och Tjeckien i studien.
De konstruerade YAP- och TAZ-proteiner som uttryckte grönt fluorescerande protein så att deras placering i cellen kunde spåras. De förberedde sedan cellsubstrat från smarta biomaterial som visar dynamisk kontroll av elasticitet och nanostruktur med temperatur. "Våra data ger det första beviset för att YAP/TAZ-transferaktivitet mellan kärnan och cytoplasman snabbt aktiveras som svar på dynamiska modifieringar i substratstyvhet eller nanostruktur, " förklarar forskarna.
Observationer av genuttryck framhävde nyckelrollen för YAP/TAZ-proteiner i celldifferentiering. I ytterligare undersökningar av effekten av substratstyvhet fann de också att celldifferentiering var mest effektiv för substrat som uppvisar styvhet liknande den som finns i hjärtat.
Författarna föreslår att förståelse av effekterna av mikromiljöns nanostruktur och mekanik på hur dessa proteiner påverkar celldifferentiering kan användas för att hjälpa processer som upprätthåller ett friskt hjärta. De drar slutsatsen, "Dessa proteiner är indikerade som potentiella mål för att kontrollera hjärtats stamcellers öde genom materialdesign."
