인간 내피 세포 운동성과 혈관 형태 발생을 조절하는 기계적 신호 전달 피드백 제어

Core Concepts

내피 세포 운동성과 혈관 형태 발생은 YAP와 TAZ에 의해 매개되는 기계적 신호 전달 피드백 루프에 의해 조절된다. 이 피드백 루프는 약 4시간 내에 닫히며, 8시간 내에 세포골격 평형을 달성한다. 이러한 피드백 루프의 억제는 in vitro와 in vivo에서 내피 세포 이동과 혈관 형태 발생을 저해한다.

Abstract

이 연구는 내피 세포 운동성과 혈관 형태 발생을 조절하는 기계적 신호 전달 피드백 루프의 동역학을 규명했다. 주요 내용은 다음과 같다:

전사 억제 또는 YAP/TAZ 억제는 4시간 내에 내피 세포의 형태 변화와 점착 반성 성숙을 유발하며, 8시간 내에 운동성 정지를 초래한다.
기질 강성에 따라 내피 세포의 기계적 감지, 형태 변화, 운동성이 조절되며, 이는 YAP/TAZ 매개 피드백 루프에 의해 조절된다.
이 피드백 루프의 동역학은 in vitro 인간 내피 세포와 in vivo zebrafish 혈관 형태 발생에서 보존된다.
피드백 루프 억제 해제 실험을 통해 피드백 루프 폐쇄 시간(약 4시간)과 운동성 평형 도달 시간(약 8시간)의 상한과 하한을 확인했다.
전사 억제 또는 YAP/TAZ 억제의 선행 이력은 세포 부착 후 초기 세포골격 및 점착 반성 재구축을 조절한다.

이를 통해 내피 세포 운동성과 혈관 형태 발생을 조절하는 기계적 신호 전달 피드백 루프의 동역학과 기전을 규명했다.

Stats

전사 억제 처리 후 24시간에 내피 세포의 점착 반성 수가 감소했다.
YAP/TAZ 억제 후 4시간에 내피 세포의 점착 반성 수가 증가했다.
YAP/TAZ 억제 후 4시간에 성숙한 점착 반성의 비율이 증가했다.
24시간 동안 전사 억제 처리 시 myosin 경경 사슬 인산화가 3.6배 증가했다.
YAP/TAZ 억제 후 핵 상부의 인산화된 myosin 경경 사슬 신호가 3배 증가했다.

Quotes

"during development, any change in cell shape is preceded by a change in gene activity"
"Mechanotransduction is often evaluated after the cell has reached equilibrium and represented as a one-way path from cytoskeletal activation to nuclear information transfer, resulting in a state variable shift (e.g., lineage commitment). However, mechanotransduction can also activate feedback loops, which alter how the cell responds to subsequent mechanical stimuli."
"YAP and TAZ are activated by tension of the cytoskeleton (Dupont et al., 2011), suppression of cytoskeletal tension by YAP/TAZ transcriptional target genes constitutes a negative feedback loop that acts as a control system to maintain cytoskeletal homeostasis for persistent motility via modulation of Rho-ROCK-myosin II activity"

Key Insights Distilled From

Mechanotransductive feedback control of endothelial cell motility and vascular morphogenesis

by Mason,D. E.,... at www.biorxiv.org 06-16-2022

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.06.15.496293v4

Deeper Inquiries

내피 세포 운동성과 혈관 형태 발생에 관여하는 다른 중요한 기전은 무엇이 있을까?

이외에도 혈관 형태 발생과 내피 세포 운동성에 영향을 미치는 중요한 기전으로는 VEGF 신호 경로, 염증 반응, 세포-세포 상호작용, 세포-기질 상호작용 등이 있습니다. VEGF는 혈관 내피 세포의 증식, 이동, 혈관 형성에 중요한 역할을 합니다. 염증 반응은 혈관 형태 발생에 필수적이며, 세포-세포 및 세포-기질 상호작용은 혈관 내피 세포의 운동성과 혈관 형태 발생을 조절하는 데 중요합니다.

YAP/TAZ 이외의 기계적 신호 전달 경로가 내피 세포 운동성과 혈관 형태 발생을 조절하는 방식은 무엇일까?

YAP/TAZ 이외의 기계적 신호 전달 경로로는 integrin-FAK-Src 경로, Hippo 신호 전달 경로, MAPK/ERK 신호 전달 경로 등이 있습니다. 이러한 경로들은 세포 외부의 기계적 신호를 내부적인 세포 신호로 전환하여 세포 운동성 및 혈관 형태 발생을 조절합니다. 예를 들어, integrin-FAK-Src 경로는 세포 외부의 기계적 신호를 세포 내부로 전달하여 세포 접착, 운동성, 혈관 형성에 영향을 줍니다.

이러한 기계적 신호 전달 피드백 루프의 이상은 어떤 병리학적 상황에서 발생할 수 있으며, 이를 치료하기 위한 방법은 무엇일까?

기계적 신호 전달 피드백 루프의 이상은 혈관 질환, 종양 형성, 염증성 질환 등 다양한 병리학적 상황에서 발생할 수 있습니다. 이러한 이상은 세포 운동성의 손상, 혈관 형태의 이상 발생으로 나타날 수 있습니다. 치료 방법으로는 기계적 신호 전달 경로를 조절하는 약물 치료, 유전자 조작, 세포 외 기질 조절 등이 있습니다. 또한, 정상적인 기계적 신호 전달을 유지하기 위해 건강한 생활습관과 운동이 중요합니다.