應力纖維 (SFs) 的組織響應施加的拉伸應變對于理解細胞或組織的機械轉導和機械穩態很重要。SF 組織具有結構適應性，允許機械拉伸的細胞調整其形狀和方向。然而，應力纖維亞型的重組與細胞質和細胞核的應變依賴性反應之間的相關性仍不清楚。

以此為起點，來自韓國光州全南國立大學等在內多位專家學者合作研究了應力纖維亞型在周期性拉伸上皮細胞的定向和伸長中的動態參與。文章名為《Mechanoadaptive organization of stress fiber subtypes in epithelial cells under cyclic stretches and stretch release. 》。

部分實驗內容：

A549 細胞（來自人肺泡上皮細胞）在 37 °C 和 5% CO 2的培養箱中置于RPMI1640 培養基中培養，在 0.3 Hz 頻率下以 5%、10% 和 15% 三種不同幅度暴露于單軸周期性拉伸(CS) 下15、30、60 和 120 分鐘。

在周期性拉伸和拉伸釋放下上皮細胞的細胞質和細胞核的應變依賴的重新定向和形態

為了研究細胞質和細胞核對動態拉伸的應變依賴性響應，對在 PDMS 井上培養A549細胞進行0.3 Hz 的5%、10% 和 15% 的單軸循環拉伸應力，持續 15、30、60、和 120 分鐘。經過2小時的循環拉伸后，PDMS井的機械拉伸被釋放。在拉伸和釋放兩種模式下，測定或計算各時間點細胞質和細胞核的形態特征，包括取向角、伸長因子和面積。

未拉伸的細胞（即 0 分鐘時的細胞）顯示出細胞質和細胞核的方向角分布廣泛，中間角分別為 60° 和 58°。拉伸后細胞的細胞質和細胞核優先向拉伸方向傾斜。無論應變大小如何，2 h的循環拉伸導致細胞質取向角范圍狹窄，中位角為76°。在120min時，5%、10%、15%應力下，細胞核的取向角(中間值)分別為68°、73°、75°。

在周期性拉伸存在或不存在時，應力纖維亞型發生了可逆的重組

為了了解 SF 亞型如何參與細胞質和細胞核對單軸循環拉伸的應變依賴的重新定向，我們通過 SF 相關分子的熒光染色檢查了 SF 亞型的重組。在對細胞進行循環拉伸后，立即固定細胞并對肌動蛋白絲和 FAC 分子（紐蛋白）進行染色。使用共聚焦熒光顯微鏡獲得 Z-stack圖像以識別 SF 亞型。

循環拉伸顯著改變了A549細胞中SF亞型的組織。在大多數未拉伸的細胞中，觀察到背側 SFs、橫向弧和外周 SF 的典型定位；然而，檢測到很少的核周帽纖維。循環拉伸引起 SF 亞型數量和分布的顯著變化。與未拉伸細胞中發現的相比，拉伸細胞中核周帽纖維的數量增加了 16 到 20 倍，而在循環拉伸2小時后，背側SFs和橫向弧的數量呈應變依賴性地減少：在 5% 拉伸應變時減少約 8 倍，在 10% 或 15% 拉伸應變時減少約 24 倍。外周 SFs 的數量在 10% 或 15% 拉伸應變時略有增加，但在 5% 時它們的數量沒有顯著變化。此外，外周 SFs 的長度顯示出類似的變化模式：10% 或 15% 拉伸應變時為 1.3 至 1.5 倍，但拉伸應變為 5% 時變化不顯著。

實驗結果：

總之，研究結果表明，SF亞型重組在上皮細胞的細胞質和細胞核的拉伸誘導的反應中具有動力學關聯的協調性。與外周 SFs 相比，背側 SFs 和橫向弧在循環拉伸下細胞質的重新定向和伸長方面表現出較高的機械敏感性。

此外，核周帽纖維的緩慢形成與小應變下核細胞再定向的動力學滯后有關，而高穩定性有助于循環拉伸釋放后核定向和形態的部分恢復。應力纖維亞型的重組是通過快速、可逆地切換肌球蛋白II的分布來調整其收縮性，以響應機械拉伸或拉力釋放來維持細胞力學穩態。

參考文章：Roshanzadeh A, Nguyen TT, Nguyen KD, Kim DS, Lee BK, Lee DW, Kim ES. Mechanoadaptive organization of stress fiber subtypes in epithelial cells under cyclic stretches and stretch release. Sci Rep. 2020 Oct 29;10(1):18684. doi: 10.1038/s41598-020-75791-2. PMID: 33122754; PMCID: PMC7596055.

原文鏈接：https://pubmed-ncbi-nlm-nih-gov.proxy.library.carleton.ca/33122754/

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