机械驱动的 YAP 核定位可以通过间充质干细胞中的 N-钙粘蛋白连接逆转

间充质干细胞的分化途径是基于机械感应的累积效应。从细胞被其他细胞包围的早期开始，一直到细胞被细胞外基质包围的后期，细胞的机械微环境在发育过程中会发生很大的变化。细胞是如何在清除某些机械微环境的记忆的同时锁定另一些记忆的，人们不得而知。在这里，作者开发了一种材料和培养系统来修改和测量细胞保留机械感测累积效应的程度。

使用该系统，作者发现纤连蛋白的 RGD 粘附基序（细胞外基质的代表）的影响，已知通过核 YAP 定位在间充质干细胞中赋予通常称为机械记忆的东西，被 N -钙粘蛋白（细胞-细胞接触的代表）。这些影响可以用一个电机离合器模型来解释，该模型涉及胞元牵引力、核变形以及由此产生的核YAP重新定位。

图片来源：https://doi.org/10.1038/s41467-021-26454-x

人间充质干细胞(Human mesenchymal stem cells, hMSCs)分化成一系列的细胞类型，部分取决于它们所接受的机械信号。由于随机变化、压力浓度和细胞培养方案，这些线索在发育、愈合、癌症和再生治疗过程中会发生显著变化。例如，在再生应用中，MSC种群通常在坚硬(~ 3gpa)塑料基质上扩展较长时间，在移植到体内顺应性(~kPa)微环境之前必须忘记这些机械信号。了解间充质干细胞如何学会忘记它们以前的机械微环境变化对改善间充质干细胞治疗具有潜力。

相反的问题，MSCs 学习和记住其机械环境的方式长期以来一直在孤立的 MSCs 中进行研究。MSCs感知和转导机械生物学信号的程度以及基于这些信号的谱系的关键指标是YAP/TAZ转录协同调节因子的作用。在相对硬底物培养的MSCs中，YAP/TAZ的核区分隔激活促进成骨的信号通路，而在相对顺行底物培养的MSCs中，YAP/TAZ的细胞质保留促进脂肪形成。

MSCs暴露在坚硬底物中足够长的时间(~10 d)会导致YAP/TAZ在核中积累，并保留下来影响长期的细胞命运，这一现象被广泛称为机械记忆。例如，当MSCs再次暴露于顺应性底物时，其成骨分化过程仍保持不变，YAP/TAZ的核聚集变得明显不可逆。除了YAP的细胞质-核穿梭外，已经确定了这种持久性的几个途径，包括细胞质miR-21的作用，其存在延长了硬底物(100 kPa)在MSCs中的作用持久性，随后在软(15 kPa)水凝胶上培养，它的击倒有效地消除了这种持久性。

然而，细胞，包括分化的MSCs，在体内很少单独存在。因此出现了两个问题:间充质干细胞如何知道从它们的细胞外基质(ECM)而不是从它们顺从的邻居获得线索，以及间充质干细胞是否可以利用邻居的信息来学习何时忘记先前的机械信息？细胞-细胞接触影响机械感觉，达到稳定密度的融合细胞显示YAP/TAZ的细胞质重新定位。细胞- ecm连接(局灶性黏附)和细胞-细胞连接(钙粘蛋白连接)共享相同的细胞骨架力网络，并有许多其他相似之处。

在这个细胞骨架网络中，足够高的黏附力或收缩力会使YAP转移到细胞核。然而，这是一个权衡:细胞- ecm粘附减弱细胞-细胞粘附，反之亦然，强整合素- ecm连接激活的FAK下调VE-cadherin-和N-cadherin介导的细胞间连接。粘附结扎实验表明，N-cadherin连接与整合素连接相互竞争，介导力并决定YAP定位、MSC机械感测和MSC命运。N-cadherin明显影响YAP定位和MSC行为，但尚未在机械记忆背景下进行研究。

HAVDI和RGD多肽分别作为n -钙粘蛋白和纤维连接蛋白的粘附域修饰PEG-MAL水凝胶的示意图。

图片来源：https://doi.org/10.1038/s41467-021-26454-x

在这项工作中，作者假设细胞-细胞相互作用中的N-cadherin可以通过恢复YAP到细胞质中来逆转这些效应(清除机械记忆)。因此，作者开发了一种材料体系，其中独立或联合提供了用于细胞外基质粘附的RGD多肽和用于细胞-细胞粘附的HAVDI多肽。作者利用这一发现来探究这些黏附相互作用如何影响hMSCs在机械感应作用下的持续细胞变化，并将其应用于控制hMSCs的分化。（生物谷 Bioon.com）

参考文献

Cheng Zhang et al. Mechanics-driven nuclear localization of YAP can be reversed by N-cadherin ligation in mesenchymal stem cells. Nat Commun 2021 Oct 28;12(1):6229. doi: 10.1038/s41467-021-26454-x.