I mechanoenhancer nel DNA permettono alle cellule di percepire la rigidità dei tessuti e potrebbero offrire un modo per contenere la fibrosi

Segnali meccanici come la rigidità della matrice extracellulare influenzano il comportamento cellulare e svolgono un ruolo nell'invecchiamento, nella fibrosi, nella formazione dei tumori e nell'aterosclerosi. Il modo in cui questi segnali rimodellano l'attività del DNA regolatorio non è ancora del tutto chiarito. Questo studio, pubblicato su Science, ha combinato profilazione dell'epigenoma, editing epigenetico e screening CRISPR per identificare elementi regolatori sensibili agli stimoli meccanici, chiamati mechanoenhancer.

I ricercatori hanno coltivato fibroblasti primari umani da prepuzio neonatale (HFF) e cellule epiteliali polmonari di derivazione tumorale A549 per 20 ore su idrogel morbidi (1 kPa) o rigidi (50 kPa), oltre che su plastica per colture tissutali. L'RNA-seq ha identificato 4.009 geni differenzialmente espressi negli HFF e 221 nelle cellule A549, con 76 geni in comune. Tra i geni condivisi figuravano geni canonicamente associati a YAP/TAZ come CYR61, CTGF e ANKRD1, che risultavano sovraespressi sui materiali più rigidi. Circa il 23% dei picchi di cromatina accessibile negli HFF e il 15% nelle cellule A549 differiva tra idrogel morbidi e rigidi, con una distribuzione equa a favore di ciascuna condizione di rigidità.

Le analisi dei motivi e di footprinting hanno suggerito un coinvolgimento dei fattori di trascrizione dipendente dalla rigidità. I motivi TEAD mostravano un maggiore legame proteico sugli idrogel rigidi in entrambi i tipi cellulari; i motivi della famiglia CEBP erano legati preferenzialmente sugli idrogel morbidi negli HFF. L'analisi HiCAR negli HFF ha suggerito che i contatti cromatinici a lungo raggio possano contribuire ai cambiamenti trascrizionali dipendenti dalla rigidità. Tuttavia, la sola accessibilità differenziale non dimostra che ogni regione responsiva sia un enhancer funzionale.

I test funzionali hanno identificato un enhancer sensibile agli stimoli meccanici, situato circa 14 kb a monte di FZD2, che si attiva sui materiali più rigidi. I ricercatori hanno inoltre indagato la regolazione di MYH9, che codifica la miosina non muscolare IIA e mostrava un'espressione dipendente dalla rigidità negli HFF. Uno screening di interferenza CRISPR ha preso di mira 114 regioni accessibili attorno a MYH9 usando 5.192 RNA guida. L'estratto fornito termina durante la descrizione di questo screening, quindi i risultati successivi della validazione non possono essere valutati qui.

L'abstract riporta che i mechanoenhancer regolano funzioni tra cui apoptosi, meccanotrasduzione, proliferazione e migrazione. La modifica di questi elementi su materiali rigidi ha portato l'espressione genica verso i livelli osservati su materiali più morbidi. Nei fibroblasti polmonari di donatori sani e con IPF, l'editing ha ridotto le risposte trascrizionali mediate dalla rigidità e ha impedito l'attivazione dei geni associati alla transizione da fibroblasto a miofibroblasto. Questi risultati supportano una potenziale strategia per colpire le malattie guidate da fattori meccanici, ma il materiale fornito non dimostra l'efficacia clinica, gli effetti a lungo termine nei tessuti o la superiorità rispetto agli inibitori di pathway.