Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Căng kéo chu kỳ gây căng thẳng cơ học cho nhân tế bào ức chế tổn thương DNA do bức xạ cực tím
Tóm tắt
Bức xạ cực tím (UV) gây ra những tác động bất lợi đối với tính ổn định của bộ gen, làm thay đổi trạng thái bình thường của sự sống và gây ra nhiều bệnh tật thông qua việc gây tổn thương DNA. Mặc dù kích thích cơ học như kéo căng có ảnh hưởng đáng kể đến việc ngăn ngừa và điều trị bệnh, nhưng ảnh hưởng của nó đến hình thái nhân tế bào và/hoặc các chức năng bên trong nhân liên quan đến khả năng chống lại tổn thương DNA vẫn chưa được biết đến. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã điều tra ảnh hưởng của sự kích thích cơ học thông qua kéo căng tuần hoàn đối với hình thái nhân và khả năng kháng tổn thương DNA do UV ở tế bào fibroblast NIH3T3. Các tế bào bám dính trên màng đàn hồi silicon đã được tiếp xúc với kéo căng đơn trục tuần hoàn khoảng 10% với tần số 0,5 Hz trong 12 giờ. Kết quả cho thấy, khung tế bào nội bào actin và nhân tế bào được kéo dài và thẳng hàng theo hướng tải trọng nén bằng không (~62° so với hướng kéo căng) theo cách phụ thuộc vào lực căng actomyosin. Các nhân của các tế bào đã bị kéo căng bị nén đáng kể nhờ sự tái tổ chức của các sợi căng actin nằm ở phía đỉnh và hai bên, và sự gia tăng đáng kể về mật độ DNA nội nhân đã được quan sát. Tension nội bào, được đánh giá bằng hình ảnh kính hiển vi lực nguyên tử trên tế bào sống, cũng tăng lên sau khi tiếp xúc với kéo căng chu kỳ. Tổn thương DNA do bức xạ UV, được ước tính từ cường độ huỳnh quang của phospho-histone γ-H2AX, đã giảm đáng kể ở các tế bào đã kéo căng này. Những kết quả này cho thấy rằng những thay đổi hình thái do kéo căng chu kỳ ở nhân tế bào có thể cải thiện khả năng kháng bức xạ UV của các tế bào, có lẽ nhờ vào sự ngưng tụ chromatin do lực nội bào gây ra. Theo như chúng tôi biết, đây là nghiên cứu đầu tiên chứng minh sự ức chế tổn thương DNA do bức xạ UV thông qua kích thích cơ học.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Alapetite C, Wachter T, Sage E, Moustachi E (1996) The use of the comet assay to detect DNA-repair deficiencies in human fibroblasts exposed to UVC, UVB, UVA and gamma-rays. Int J Radiat Biol 69:359–369
Boutahar N, Guignandon A, Vico L, Lafage-Proust MH (2004) Mechanical strain on osteoblasts activates autophosphorylation of focal adhesion kinase and proline-rich tyrosine kinase 2 tyrosine sites involved in ERK activation. J Biol Chem 279(29):30588–30599
Burton K, Park JH, Taylor DL (1999) Keratocytes generate traction forces in two phases. Mol Biol Cell 10(11):3745–3769
Dartsch PC, Hammerle H, Betz E (1986) Orientation of cultured arterial smooth muscle cells growing on cyclically stretched substrates. Acta Anat (Basel) 125:108–113
Galbraith CG, Sheetz MP (1997) A micromachined device provides a new bend on fibroblast traction forces. Proc Natl Acad Sci USA 94(17):9114–9118
Gaston J, Quinchia Rios B, Bartlett R, Berchtold C, Thibeault SL (2012) The response of vocal fold fibroblasts and mesenchymal stromal cells to vibration. PLoS ONE 7(2):e30965
Ghazanfari S, Tafazzoli-Shadpour M, Shokrgozar MA (2009) Effects of cyclic stretch on proliferation of mesenchymal stem cells and their differentiation to smooth muscle cells. Biochem Biophys Res Commun 388(3):601–605
Gorgels TGMF, van Norren D (1995) Ultraviolet and green light cause different types of damage in rat retina. Invest Ophthalmol Vis Sci 36:851–863
Hertz H (1881) Über die Berührung fester elastischer Körper. Journal für die reine und angewandte. Mathematik 92:156–171
Kaunas R, Nguyen P, Usami S, Chien S (2005) Cooperative effects of Rho and mechanical stretch on stress fiber organization. Proc Natl Acad Sci USA 102:15895–15900
Kaunas R, Hsu H, Deguchi S (2011) Sarcomeric model of stretch-induced stress fiber reorganization. Cell Health Cytoskelet 3:13–22
Keilbassa C, Roza L, Epe B (1997) Wavelength dependence of oxidative DNA damage induced by UV and visible light. Carcinogenesis 18:811–816
King M, Drivas T, Blobel G (2008) A network of nuclear envelope membrane proteins linking centromeres to microtubules. Cell 134:427–438
Krisch RE, Flick MB, Trumbore CN (1991) Radiation chemical mechanisms of single- and double-strand break formation in irradiated SV40 DNA. Radiat Res 126(2):251–259
Lee E, Kim DY, Chung E, Lee EA, Park KS, Son Y (2014) Transplantation of cyclic stretched fibroblasts accelerates the wound-healing process in streptozotocin-induced diabetic mice. Cell Transpl 23(3):285–301
Li B, Lin M, Tang Y, Wang B, Wang JH (2008) A novel functional assessment of the differentiation of micropatterned muscle cells. J Biomech 41(16):3349–3353
Luxton GW, Gomes ER, Folker ES, Vintinner E, Gundersen GG (2010) Linear arrays of nuclear envelope proteins harness retrograde actin flow for nuclear movement. Science 329(5994):956–959
Martens JC, Radmacher M (2008) Softening of the actin cytoskeleton by inhibition of myosin II. Pflugers Arch Eur J Physiol 456:95–100
Na S, Trache A, Trzeciakowski J, Sun Z, Meininger GA, Humphrey JD (2008) Time-dependent changes in smooth muscle cell stiffness and focal adhesion area in response to cyclic equibiaxial stretch. Ann Biomed Eng 36:369–380
Nagayama K (2015) Quantitative analysis of cellular traction forces using a micropillar substrate and estimation of the intracellular force applied to the nucleus. Trans Jpn Soc Mech Eng 81:824 (in Japanese)
Nagayama K, Yahiro Y, Matsumoto T (2011) Stress fibers stabilize the position of intranuclear DNA through mechanical connection with the nucleus in vascular smooth muscle cells. FEBS Lett 585(24):3992–3997
Nagayama K, Kimura Y, Makino N, Matsumoto T (2012) Strain waveform dependence of stress fiber reorientation in cyclically stretched osteoblastic cells: effects of viscoelastic compression of stress fibers. Am J Physiol Cell Physiol 302(10):1469–1478
Nagayama K, Yamazaki S, Yahiro Y, Matsumoto T (2014) Estimation of the mechanical connection between apical stress fibers and the nucleus in vascular smooth muscle cells cultured on a substrate. J Biomech 47(6):1422–1429
Nishimura K, Li W, Hoshino Y, Kadohama T, Asada H, Ohgi S, Sumpio BE (2006) Role of AKT in cyclic strain-induced endothelial cell proliferation and survival. Am J Physiol Cell Physiol 290(3):C812–C821
Rabinovitz I, Gipson IK, Mercurio AM (2001) Traction forces mediated by alpha6beta4 integrin: implications for basement membrane organization and tumor invasion. Mol Biol Cell 12(12):4030–4043
Reme C, Reinboth J, Clausen M, Hafezi F (1996) Light damage revisited: converging evidence, diverging views? Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 234:2–11
Rozanowska M, Jarvisevans J, Korytowski W et al (1995) Blue lightinduced reactivity of retinal age pigment: in vitro generation of oxygen-reactive species. J Biol Chem 270:18825–18830
Shaul Y, Ben-Yehoyada M (2005) Role of c-Abl in the DNA damage stress response. Cell Res 15(1):33–35
Stary A, Robert C, Sarasin A (1997) Deleterious effects of ultraviolet A radiation in human cells. Mutat Res 383:1–8
Takata H, Hanafusa T, Mori T, Shimura M, Iida Y, Ishikawa K, Yoshikawa K, Yoshikawa Y, Maeshima K (2013) Chromatin compaction protects genomic DNA from radiation damage. PLoS ONE 8(10):e75622
Takemasa T, Yamaguchi T, Yamamoto Y, Sugimoto K, Yamashita K (1998) Oblique alignment of stress fibers in cells reduces the mechanical stress in cyclically deforming fields. Eur J Cell Biol 77:91–99
Versaevel M, Grevesse T, Gabriele S (2012) Spatial coordination between cell and nuclear shape within micropatterned endothelial cells. Nat Commun 3:671
Wang N, Tytell J, Ingber D (2009) Mechanotransduction at a distance: mechanically coupling the extracellular matrix with the nucleus. Nat Rev Mol Cell Biol 10:75–82
Xiong H, Rivero F, Euteneuer U, Mondal S, Mana-Capelli S, Larochelle D, Vogel A, Gassen B, Noegel AA (2008) Dictyostelium Sun-1 connects the centrosome to chromatin and ensures genome stability. Traffic 9(5):708–724
Yano S, Komine M, Fujimoto M, Okochi H, Tamaki K (2004) Mechanical stretching in vitro regulates signal transduction pathways and cellular proliferation in human epidermal keratinocytes. J Invest Dermatol 122(3):783–790
Zeng B, Tong S, Ren X, Xia H (2016) Cardiac cell proliferation assessed by EdU, a novel analysis of cardiac regeneration. Cytotechnology 68(4):763–770