基于光遗传学技术研究细胞骨架网络对肿瘤细胞群体迁移的调控作用与生物力学机制

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11802056
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    30.0万
  • 负责人：
    秦翔
  • 依托单位：
    电子科技大学
  • 学科分类：
    A1002.多尺度力学生物学
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Cell migration is a key step in many physiological and pathological processes and plays an important role in the development, metastasis, recurrence and prognosis of tumors. Although epithelial mesenchymal transition (EMT) is a good explanation for the migration mechanism of individual cells, the molecular mechanism of more efficient collective cell migration is poorly understood. Based on the combination of cell biology, biomechanics, molecular biology and optogenetics, this project will establish 2D and 3D models of collective cancer cell migration and study the mechanical regulation mechanism of collective cancer cell motility under photoactivation or photoinhibition conditions. Through the study of the leader cells, this project aims to reveal the special role of leader cells in guiding collective cancer cell migration, the use of optogenetics will induce the reconstruction of several leader cells and affect the crosstalk among cells. The effect from microenvironment through transmembrane proteins and Rac will regulate leader cells and further reveal the mechanistic balance between myosin and microtubules. The results of the project not only help to understand the molecular basis of tumor cell collective migration from a biomechanical point of view, but also open up entirely new ideas for the mechanism of tumorigenesis and preventions from the perspective of optogenetics.
细胞迁移是许多生理和病理过程中的关键步骤，在肿瘤发生发展、转移、复发及预后中起到重要作用。尽管上皮间充质转化（EMT）很好的解释了个体细胞的迁移机制，但更为高效的群体细胞迁移的分子机制还知之甚少。本项目立足于细胞生物学、生物力学、分子生物学和光遗传学技术的结合点，建立肿瘤细胞群体迁移的2D和3D模型，在光激活或光抑制条件下研究群体肿瘤细胞迁移的力学调控机制。通过对前导细胞的研究揭示其引领群体肿瘤细胞运动的特殊作用，利用光遗传学技术诱导重建多个前导细胞并探究其对群体细胞交互对话的影响。进而分析微环境通过跨膜蛋白和Rac调控前导细胞的机制并探究前导细胞中肌球蛋白和微管的力学平衡规律。项目研究结果不仅有助于从生物力学角度认识肿瘤细胞群体迁移的分子基础，而且将从光遗传学的角度为肿瘤发生机制研究和在侵袭转移水平上的防治开辟全新的思路。

结项摘要

本项目选择具有群体迁移特性的乳腺癌MCF-7细胞为研究对象，利用慢病毒转染手段构建三种具有不同肌球蛋白活性的细胞株。通过Western Blot实验验证稳定转染细胞株已经成功构建，并使用其进行实验。通过延时摄影研究伤口愈合过程发现肌球蛋白活性的增加抑制了肿瘤细胞的群体迁移，而失活的肌球蛋白则造成了相反的结果。为了阐明造成这种现象的原因，我们分别对影响细胞群体迁移的三个因素：细胞极性、细胞收缩力和黏附力进行了探究。结果发现虽然活化的肌球蛋白增加了细胞收缩力，但是影响了力在细胞群体内的极性分布。群体细胞迁移的方向性减弱，失去定向极化，并且细胞与基质的黏附力大大增加，这三个因素的共同作用导致群体迁移的速度下降。FAK作为一种酪氨酸激酶不仅可以调节细胞黏附，还可以通过Rho-ROCK通路调节细胞收缩力的大小，并且FAK自身作为机械敏感分子，还会对细胞内外的机械力学信号做出响应。因此我们进一步探究了肌球蛋白活性的改变如何影响FAK-Rho-ROCK信号轴，我们通过免疫荧光和Western Blot实验证明了高细胞收缩力会导致FAK的活化，即FAK在Y397位点的磷酸化程度增强。通过光遗传实验抑制细胞内的肌球蛋白活性发现细胞FAK活性降低，说明FAK活性的降低是由于收缩力降低导致的。接下来通过细胞荧光共振能量转移实验证明，高收缩力会使FAK的分子构象发生改变，导致FAK在Y397位点处发生磷酸化而被激活。免疫荧光实验和Western Blot实验发现，FAK的活化会使下游Rho-ROCK信号通路激活，并使用了光遗传实验和抑制剂进行验证。最后我们在高肌球蛋白活性的细胞群体中加入pFAKY397抑制剂后进行细胞划痕实验，结果发现其迁移能力得到恢复。.综上所述，我们发现活化的肌球蛋白通过高细胞收缩力改变FAK的分子结构从而导致FAK的活化进而激活Rho-ROCK通路，使胞内收缩力得到进一步加强，形成正反馈循环。本项目阐明了肌球蛋白不仅位于FAK-Rho-ROCK信号轴的终点，还可以通过机械力学信号影响其上游信号通路，为探明乳腺癌细胞群体迁移机制提供了新的研究方向。

项目成果

期刊论文数量（6）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
The tumor biochemical and biophysical microenvironments synergistically contribute to cancer cell malignancy [CORRESPONDENCE]
肿瘤生化和生物物理微环境协同促进癌细胞恶性肿瘤[通讯]
  • DOI：
    10.1038/s41423-019-0282-5
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Cellular and Molecular Immunology
  • 影响因子：
    24.1
  • 作者：
    Qin Xiang;Li Tingting;Li Shun;Yang Hong;Wu Chunhui;Zheng Chuan;You Fengming;Liu Yiyao
  • 通讯作者：
    Liu Yiyao
Low shear stress induces ERK nuclear localization and YAP activation to control the proliferation of breast cancer cells
低剪切应力诱导 ERK 核定位和 YAP 激活来控制乳腺癌细胞的增殖
  • DOI：
    10.1016/j.bbrc.2019.01.065
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Biochemical and Biophysical Research Communications
  • 影响因子：
    3.1
  • 作者：
    Qin Xiang;Li Ji;Sun Jinghui;Liu Lingling;Chen Dingchuan;Liu Yiyao
  • 通讯作者：
    Liu Yiyao
ROCK isoforms differentially modulate cancer cell motility by mechanosensing the substrate stiffness
ROCK亚型通过机械感应基质硬度来差异调节癌细胞运动
  • DOI：
    10.1016/j.actbio.2019.02.015
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Acta Biomaterialia
  • 影响因子：
    9.7
  • 作者：
    Peng Yueting;Chen Zhongyuan;Chen Yu;Li Shun;Jiang Ying;Yang Hong;Wu Chunhui;You Fengming;Zheng Chuan;Zhu Jie;Tan Youhua;Qin Xiang;Liu Yiyao
  • 通讯作者：
    Liu Yiyao
基质刚度通过调节YAP活化控制乳腺癌细胞的耐药性
  • DOI：
    10.16156/j.1004-7220.2019.02.002
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    医用生物力学
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    秦翔;吕晓莹;李顺;李莉;江莹;刘贻尧
  • 通讯作者：
    刘贻尧
Matrix stiffness modulates ILK-mediated YAP activation to control the drug resistance of breast cancer cells
基质硬度调节ILK介导的YAP激活以控制乳腺癌细胞的耐药性
  • DOI：
    10.1016/j.bbadis.2019.165625
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Biochimica et Biophysica Acta-Molecular Basis of Disease
  • 影响因子：
    6.2
  • 作者：
    Qin Xiang;Lv Xiaoying;Li Ping;Yang Rui;Xia Qiong;Chen Yu;Peng Yueting;Li Li;Li Shun;Li Tingting;Jiang Ying;Yang Hong;Wu Chunhui;Zheng Chuan;Zhu Jie;You Fengming;Wang Heng;Chen Jiong;Liu Yiyao
  • 通讯作者：
    Liu Yiyao

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其他文献

气冷器出口状态对跨临界CO_2热泵系统性能影响的研究
  • DOI：
    10.3969/j.issn.1003-9015.2019.05.004
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
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  • 影响因子：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    李慧
祁连山冷龙岭宁缠河３号冰川表面流速特征分析
  • DOI：
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  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
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  • 通讯作者：
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  • 发表时间：
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  • 期刊：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    徐跃通等
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    10.3969/j.issn.1003-6504.2014.12.013
  • 发表时间：
    2024-09-13
  • 期刊：
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  • 影响因子：
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  • 作者：
    侯书贵;杜文涛;秦翔;张淑红
  • 通讯作者：
    张淑红
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  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2012
  • 期刊：
    冰川冻土
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨俊华;秦翔;吴锦奎
  • 通讯作者：
    吴锦奎

其他文献

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秦翔的其他基金

肿瘤细胞运动与迁移中细胞核形变与修复的力学生物学调控机制
  • 批准号：
  • 批准年份：
    2020
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    58 万元
  • 项目类别：
    面上项目

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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