首页>新闻资讯>今日科研>内皮细胞对不同壁切应力的表观遗传反应

内皮细胞对不同壁切应力的表观遗传反应

内皮细胞(ECs)通过各种机械受体和机械传感器对血流流动作出反应,从 ECs 顶膜上的糖萼(GCX)开始到细胞内整合素和细胞骨架元件。正常的生理流被认为是层流,这与 ECs 的生理表型和流动模式的扰动有关,例如湍流、涡流、极低的壁面剪切应力(WSS),通常都会导致血管病变,例如动脉粥样硬化和脑动脉瘤的生长和破裂。


MicroRNAs(miRNAs)是非编码的小型 RNA。miRNAs 被证明参与了几乎所有的生理和病理过程,特别是它们被证明与动脉粥样硬化和动脉瘤病理有关。已知几种 miRNAs 对流动敏感(称为mechano-miRNAs)并介导 ECs 对流动模式和压力的反应,因此它们参与了血管疾病的病理过程,特别是动脉粥样硬化血流紊乱,已知低 WSS 和高振荡剪切指数会诱导和传播这种病理过程。

虽然 WSS 的紊乱过程及其对 ECs 反应和 miRNA 表达的影响在动脉粥样硬化中得到了很好的研究,但是对于 WSS 和 ECs 病理导致脑动脉瘤的形成、生长或破裂之间的关系仍然没有很好的理解。因此全面了解 ECs 对 WSS 的反应并将它们与脑动脉瘤中已知的病理机制联系起来将有助于解决关于脑动脉瘤生长和破裂的争论。

基于此,来自日本仙台东北大学医学研究生院神经外科系、生物医学流动动力学实验室等领域的专家学者进行了深入研究,该研究使用 miRNAs 和基因表达作为分析手段,旨在评估不同层流剪切应力(SS)大小,无论是高还是低,与生理 SS 相比,对内皮细胞反应的影响。



首先将培养皿中的汇合 ECs 暴露于不同量级的剪切应力 SS 下 24 小时,在暴露于正常(2 Pa)、高(10 Pa)或低(0.4 Pa)WSS 后,ECs 通过上调或下调不同的 miRNAs 组做出不同的反应。微阵列分析暴露在不同 WSS 大小的层流应力下的 ECs 诱导的 miRNA 差异表达。(图 1)

内皮细胞对不同壁切应力的表观遗传反应


图 1
分析的 358 个 miRNAs 的热图显示出高 WSS 组和正常 WSS 组相对于低 WSS 组的聚类。
在最初测试的 358 个 miRNAs 中,有8个是显著的:4个在低 WSS 条件下上调,4个在高 WSS 条件下上调。




在下一步中,研究人员使用第一步中发现的 8 种重要 miRNAs 中的每一种的引物,通过实时 PCR(qPCR)分析确认了微阵列的结果,比较了 LWSS 组(0.4 Pa)和 HWSS 组(10 Pa),因为它们显示出对 miRNA 表达的强烈区分。

总的来说,qPCR 证实了该实验中存在五个重要的 miRNAs。3个 miRNAs 在 LWSS 条件下上调,2个在 HWSS 条件下上调。(图 2 # *)

内皮细胞对不同壁切应力的表观遗传反应


图 2
对微阵列发现的八种重要 miRNAs 的基于 qPCR 的验证。
4种 miRNAs 在 LWSS 条件下上调 ,2种在 HWSS 条件下上调且具有显著性。



为了分析不同流动条件下 ECs 的表型,以更好地了解这些miRNAs 在各自流动应力组中的可能作用。再下一步,研究人员选择 KLF2、KLF4、VCAM1、ICAM-1、E-Selectin(SELE)和 NOS3 进行基因表达分析,因为它们与内皮细胞对流动的反应有关,以评估增加 WSS 对内皮细胞损伤和反应的影响。

在实验设置下;KLF2 和 KLF4 在 LWSS 条件下显着下调,而在 HWSS 下,与任意选择的 2 Pa 的对照 WSS 相比,KLF2 和 KLF4 上调,表明 ECs 对 HWSS 具有有利的抗炎、动脉粥样硬化保护反应。另一方面,VCAM1、ICAM-1 和 E-selectin 在 0.4 Pa 的低 WSS 组和 2 Pa 组之间没有显著变化。然而,它们在高 WSS 下上调。NOS3 是内皮型一氧化氮有效性的调节因子,其表达水平与WSS的大小直接相关。



最后,实验分析了 miRNA-mRNA 功能相互作用网络以及受每个 miRNA 簇最受调控的通路。结果表明在 LWSS 条件下上调的 miRNAs 对细胞凋亡有显著影响。对与 HWSS 上调的 miRNAs 相互作用的一组基因的分析表明,最富集的途径是 RAS 途径,以及其他发育和增殖途径。



总之,该研究团队提出了一个有趣的理论桥梁,填补了对脑动脉瘤病理生理机制的认识空白,并提出了新的、未报道的血流响应性ECs;实验数据还暗示了 ECs 感知不同流态的不同机制,这非常值得研究。最后,虽然有一些与脑动脉瘤的生长和破裂有关的病理机制,它们跨越了动脉瘤壁的所有层,但将这些机制与动脉瘤内部的实际血流动力学和体外观察相联系,对于全面了解脑动脉瘤的病理生理学是至关重要的。



参考文献:Rashad S, Han X, Saqr K, Tupin S, Ohta M, Niizuma K, Tominaga T. Epigenetic response of endothelial cells to different wall shear stress magnitudes: A report of new mechano-miRNAs. J Cell Physiol. 2020 Nov;235(11):7827-7839. doi: 10.1002/jcp.29436. Epub 2020 Jan 8. PMID: 31912899.
原文链接:https://pubmed-ncbi-nlm-nih-gov.proxy.library.carleton.ca/31912899/
图片来源:所有图片均来源于参考文献

小编旨在分享、学习、交流生物科学等领域的研究进展。如有侵权或引文不当请联系小编修正。如有任何的想法以及建议,欢迎联系小编。感谢各位的浏览以及关注!


标签:

分类阅读

热门阅读