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.2009年5月15日；69(10):4167-74.
doi:10.1158/0008-5472.CAN-08-4859。 Epub 2009年5月12日。

细胞外基质的机械刚性调节胶质瘤细胞的结构、运动和增殖

特蕾莎·A·乌尔里奇 1, 埃琳娜·德胡安·帕尔多, 桑杰·库马尔
附属公司

细胞外基质的机械刚性调节胶质瘤细胞的结构、运动和增殖

特蕾莎·A·乌尔里奇等。 癌症研究. .

摘要

多形性胶质母细胞瘤（GBM）是一种中枢神经系统恶性星形细胞瘤，即使进行积极治疗，其中位生存期也为15个月。这种快速进展的部分原因是单个肿瘤细胞向脑实质扩散浸润，这被认为涉及肿瘤细胞与细胞外基质（ECM）之间异常的相互作用。在这里，我们测试了ECM的机械提示有助于与侵袭相关的关键肿瘤细胞特性的假设。我们将一系列胶质瘤细胞系（U373-MG、U87-MG、U251-MG、SNB19、C6）培养在具有一定机械硬度的纤维结合蛋白涂层聚合物ECM底物上，并研究ECM硬度在调节肿瘤细胞结构、迁移和增殖中的作用。在高度刚性的ECM上，肿瘤细胞广泛扩散，形成突出的应力纤维和成熟的局灶性粘连，并迅速迁移。当ECM硬度降低到与正常脑组织相当的值时，肿瘤细胞呈圆形，无法有效迁移。值得注意的是，细胞增殖也受到ECM刚性的强烈调节，刚性ECM上的细胞分裂比柔性ECM上的快得多。药物抑制非肌肉肌球蛋白II的收缩性可以减弱这种刚性敏感性，并在高度顺应的底物上拯救细胞运动。总之，我们的研究结果支持了一种新的模型，在该模型中，ECM刚性提供了一个变革的微环境线索，该线索通过肌动球蛋白的收缩作用来调节GBM肿瘤细胞的侵袭特性。

PubMed免责声明

利益冲突声明

利益冲突：没有。

数字

图1
图1。ECM硬度改变胶质瘤细胞形态和细胞骨架组织
（A） 细胞结构的刚性依赖性变化。在纤维连接蛋白结合玻璃和聚丙烯酰胺凝胶上培养的U373-MG细胞在一定硬度范围内进行F-actin（绿色）、核DNA（蓝色）和核抗原Ki67（红色）染色。注意，所有基质上的细胞亚群Ki67染色呈阳性。棒材为50μm。（玻璃方面，*p<0.01；每种情况下，n>450个细胞）（B）细胞骨架和粘附结构的高放大成像。对U87-MG细胞进行F-actin（绿色）、核DNA（蓝色）和黏附蛋白管状蛋白（红色）染色。巴为25μm。（C） 仅显示微丘蛋白信号的孤立视图，显示细胞-ECM粘附的结构和分布。
图2
图2。ECM刚性调节胶质瘤细胞运动
ECM硬度对（A）U373-MG和（B）U87-MG细胞随机迁移速度的影响。结果表明，在6-12小时内，每个条件下至少有15个细胞的平均迁移率。对于SNB19、U251-MG和C6细胞，观察到迁移速度与基底刚度的定性相似依赖性。（关于玻璃，*p<0.01）（C）在长时间尺度（第1-2列和第4-5列）和短时间刻度（第2-4列）上不同硬度的ECM上对U373-MG细胞迁移进行高放大成像。玻璃上的细胞（顶行）迁移迅速、平稳，并具有宽而稳定的跛足。0.8 kPa ECM（中排）上的细胞形成较小、不太稳定的跛足，并以“粘滑”方式迁移，细胞随着前进而变薄和延伸，然后随着后缘的粘连破裂而突然收缩。0.08 kPa ECM上的细胞（最下面一行）不断延伸细丝状体，无法有效迁移。棒材为50μm。
图3
图3。ECM刚性调节胶质瘤细胞增殖
ECM硬度对（A）U373-MG和（B）U87-MG细胞增殖的影响。结果表示每种条件下至少五种底物在每种底物至少8个视场内对n>325个细胞的定量，其中分裂细胞的百分比被确定为BrdU掺入阳性细胞的平均百分比。（玻璃方面，*p<0.01）。
图4
图4。药物抑制细胞骨架收缩性可减少细胞形态中与硬度相关的差异
（A） U87-MG细胞在不含药物（对照组）或添加25μM玻尿酸抑制素、10μM Y-27632或1μM细胞松弛素D后24小时培养于纤维连接蛋白结合玻璃和聚丙烯酰胺底物上。添加Y-27631或玻尿酸抑制剂后一小时内，细胞开始延伸富含肌动蛋白的过程（箭头）。细胞降钙素D在硬底物上诱导细胞星状化和圆形化，但对最软底物上细胞的形态或迁移没有明显影响。棒材为100μm。（B） 在0.08kPa纤维连接蛋白结合聚丙烯酰胺底物上培养的U373-MG细胞，添加50μM Y-27632后，其铺展和迁移增强。棒材为100μm。
图5
图5。药物抑制细胞张力可减少细胞骨架和粘附结构中与硬度相关的差异
在纤维连接蛋白涂层玻璃和聚丙烯酰胺底物上培养的U87-MG细胞在固定和染色核DNA（蓝色）、F-actin（绿色）和vinculin（红色）之前，用25μM blebbistin、10μM Y-27632或1μM细胞松弛素D处理12–24小时。在所有病例中，长春新碱阳性局灶性粘连的数量和大小随着细胞张力的抑制而减少。Blebbistatin和Y-27632均诱导细胞在最柔软的底物上扩散，而细胞松弛素D则诱导肌动蛋白细胞骨架的崩溃。棒材为25μm。
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