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.2019年12月；3(12):1009-1019.
doi:10.1038/s41551-019-0420-5。 Epub 2019年7月8日。

基质硬度通过染色质可及性的变化诱导乳腺上皮的致瘤表型

Ryan S斯托尔斯 1, 安娜·谢尔比纳 2, 约翰尼·伊斯雷尔 三 4, 约书亚·J·格鲁伯 三 5, 朱莉·张 6, 宋明南 1, 阿特菲赫·拉比（Atefeh Rabiee） 7, 玛丽·N·特鲁尔 7, 迈克尔·P·斯奈德 三, 安舒尔·昆达杰 三 8, 奥维吉特·乔杜里 9
附属公司

基质硬度通过染色质可及性的变化诱导乳腺上皮的致瘤表型

Ryan S斯托尔斯等。 国家生物工程. 2019年12月.

摘要

在乳腺癌中，细胞外基质硬度增加是恶性肿瘤的主要驱动因素。然而，对于细胞外基质力学致瘤影响的表观基因变化知之甚少。在这里，我们在乳腺癌的三维培养模型中表明，坚硬的细胞外基质通过染色质状态的变化诱导致瘤表型。我们发现，硬度增加会产生细胞核皱褶更多、层相关染色质增加的细胞，在刚性基质中培养的细胞显示出更易接近的染色质位点，显示出Sp1结合的足迹，该转录因子与组蛋白脱乙酰化酶3和8一起调节硬度介导的致瘤性诱导。正如细胞培养在软环境或软环境中而不是在组织培养塑料上更好地再现了在体内乳腺上皮中观察到的腺泡形态一样，在软微环境或软微环境中培养的乳腺上皮细胞也更紧密地复制了体内染色质状态。我们的结果强调了培养条件对表观基因组研究的重要性，并揭示了染色质状态是机械传递的关键介质。

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利益冲突声明

竞争性利益

作者声明没有相互竞争的利益。

数字

图1|
图1|。细胞核和染色质的改变伴随着ECM硬度引起的表型变化。
一，本研究的假设是ECM特性可以稳定正常表型或通过染色质改变使表型转换更为宽松。b条14天后，在软（顶）或硬（底）基质中对MCF10A腺泡中的F-actin、vimentin、磷酸化FAK（Y397）和β4整合素进行免疫荧光染色（代表性图像分别从每组15、3、5和5张图像中选择）。c（c），软（顶部）和硬（底部）矩阵的细胞簇代表性轮廓。d日，至少三个独立重复的细胞簇圆度量化（中位数±95%C.I.）。通过Mann-Whitney检验确定显著性。e（电子），侵袭性集群的量化（n≥5，平均值±S.D.）通过非配对t检验确定显著性。如果，软（上）和硬（下）矩阵中细胞的核曲率的彩色图。比例尺代表2μm，颜色条范围为−20至20μm−1.克，曲率值分布，显示刚性矩阵中单元的更多极端曲率区域。通过Kolmogorov-Smirnov检验，分布存在显著差异（p<0.0001，n≥11）。小时，在2000X（左）和10000X（右）放大倍数下，来自软基质或硬基质中细胞的细胞核的TEM显微照片（每组至少16张图像的代表性图像）。我，每组至少6个核在核边界周围每个像素处测得的染色质厚度分布。通过Kolmogorov-Smirnov检验，分布存在显著差异（p<0.0001）。j个组蛋白修饰的Western blot定量标准化为总H3水平（平均值±S.D.）。使用了三个独立的重复，并使用非配对t检验检验了显著性。
图2|
图2|。染色质可及性变化与正常和致瘤表型相关。
一，1658个地区的热图，具有不同的可达性。每行代表一个不同的区域，每列是软或硬条件的三个生物复制品之一。b条，代表性基因组浏览器跟踪显著差异可访问区域（突出显示）。c（c）组蛋白修饰物小分子抑制剂的圆度量化。对每种情况使用三个独立的重复，通过Kruskal-Wallis检验确定显著性，然后进行Dunn多重检验校正（中位数±95%置信区间）。d日，对照基质中簇的共焦免疫荧光图像，并用SAHA处理（顶部，每组至少22张图像）和簇的代表性轮廓（底部）。e（电子），侵入性集群的量化（n=3，平均值±标准差）。通过单因素方差分析（ANOVA）和Dunnett的多重检验校正确定显著性。如果，软控制矩阵和硬控制矩阵之间1658个差异可访问区域的热图，以及硬矩阵中SAHA处理细胞的信号。绿色方框表示在严格控制下更容易接近的区域，而在SAHA治疗后更难接近的区域。克，代表性基因组浏览器跟踪在刚性控制矩阵中比在软控制矩阵中更容易访问的区域，并且在SAHA治疗中更难访问的区域（突出显示差异区域）。
图3|
图3|。Sp1介导僵硬诱导的致瘤表型。
一、MEME-ChIP从头开始软矩阵和硬矩阵之间差异可访问区域的模体分析。b条、MEME-ChIP从头开始SAHA处理的细胞在坚硬基质中可及性降低区域的基序分析c（c），Sp1 motif logo（顶部）最适合排名靠前的MEME-ChIP从头开始来自软与硬比较（中间）和来自SAHA处理的硬基质细胞可及性降低区域的基序。d日，200 bp区域的转录因子足迹以不同可及区域的Sp1基序为中心。图示在硬ECM中显示Sp1基序的可接近染色质区域的卡通，而在软ECM中Sp1是不可接近的。e（电子），定量测定硬基质中细胞在Thr453处的Sp1磷酸化水平，并用PI3K抑制剂（LY294002）或I类HDAC（SAHA）处理。所有值均通过相同处理条件下软矩阵的值进行标准化（平均值±S.D.）。通过单因素方差分析和Dunnett的多重比较校正确定显著性。如果，与乳腺恶性肿瘤相关的Sp1靶基因的基因表达热图（n=3，带多重比较校正的双向方差分析，FDR=0.05，色标表示对数2倍变化，点模式表示无意义，黑框表示无数据）。克与载体对照组相比，与乳腺恶性肿瘤相关的Sp1靶基因在僵硬基质中的基因表达热图（n=3，具有多重比较校正的双向方差分析，FDR=0.05，色阶表示对数2倍变化，点模式表示无显著性）。小时，刚性基质中Sp1-敲除细胞的共焦免疫荧光（左，共38张图像）和shSp1簇的代表性轮廓。我，刚性矩阵中shSp1簇与软矩阵和刚性矩阵中空矢量控制的圆度量化（n=3，中位数±95%C.I.）。j个，侵袭性集群的量化（n=3，平均值±S.D.）。k，Sp1冲刷实验小分子抑制剂时间表示意图。我，量化在指定时间段内用米特拉霉素A或溶媒对照处理的软基质或硬基质中细胞簇的圆度（n=3，中位数±95%C.I.）。米，侵袭性集群的量化（n=3，平均值±S.D.）。n个，软基质或硬基质中细胞的共焦免疫荧光，在指定的持续时间内处理，并在14天后成像（每组15张图像中的代表性图像）。显著性由Kruskal-Wallis检验、Dunn的圆度多重检验校正和单向方差分析以及Dunnett的入侵多重检验校正确定。
图4|
图4|。HDACs 3和8调节僵硬诱导的致瘤表型。
一，与Sp1的前十个相互作用体的String-DB蛋白质相互作用网络。b条、硬基质中shHDAC1、shHDAC2、shHDAC 3和shHDAC8细胞的共焦免疫荧光（顶部，每组至少12张总图像）和簇的代表性轮廓（底部）。比例尺代表100μm。c（c），与软矩阵或硬矩阵中的空向量控制以及硬矩阵中SAHA处理的细胞相比，硬矩阵中HDAC敲除的圆度量化（n=3，中位数±95%C.I.）。d日，侵袭性集群的量化（n=3，平均值±S.D.）。e（电子），Sp1冲刷实验小分子抑制剂时间表示意图。如果，软基质或硬基质中细胞的共焦免疫荧光，在指定的持续时间内处理，并在14天后成像（每组15张图像中的代表性图像）。克在指定的时间段内（n=3，中位数±95%置信区间），量化经SAHA或溶媒控制处理的软基质或硬基质中细胞簇的圆度。小时，侵袭性集群的量化（n=3，平均值±S.D.）。我，图解说明通过机械诱导染色质重塑从ECM机械特性到表型的顺序事件。显著性由Kruskal-Wallis检验、Dunn的圆度多重检验校正和单因素方差分析以及Dunnett的入侵多重检验校正确定。
图5|
图5|。软水凝胶培养比标准组织培养产生更具生理代表性的染色质可及性特征。
一，组织培养聚苯乙烯（TCPS，左）、软2D基质、软3D基质和人类乳腺组织培养的MCF10A细胞的代表性形态（图片来源：人类蛋白质图谱）。比例尺代表25μm。b条，不同培养条件和乳腺上皮之间显著差异可及区域的热图，表明可及性与软基质培养物相似。每一行代表一个不同的区域，每一列是所示条件的一个生物复制品。c（c）主成分分析显示，软基质中的可接近区域比2D TCPS更靠近乳腺上皮，沿第一个PC聚集，占72%的方差。2D TCPS、2D soft和3D soft使用了三个生物复制品，其中两个用于体内乳腺上皮。
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中的注释

  • 面对严峻的事实。
    达诺维S。 达诺维S。 Nat Rev癌症。2019年10月；19(10):542-543. doi:10.1038/s41568-019-0195-8。 Nat Rev癌症。2019 PMID：31409914 没有可用的摘要。

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