Transient nuclear deformation primes epigenetic state and promotes cell reprogramming

重编程 表观遗传学 细胞生物学 DNA甲基化 诱导多能干细胞 核板 生物 细胞 组蛋白 拉明 胚胎干细胞 遗传学 DNA 核心 核蛋白 转录因子 基因表达 基因
作者
Yang Song,Jennifer Soto,Binru Chen,Weikang Zhao,Tyler Hoffman,Ninghao Zhu,Peng Qin,Chau Ly,Pak Kin Wong,Yingxiao Wang,Amy C. Rowat,Siavash K. Kurdistani,Song Li
标识
DOI:10.1101/2021.05.19.444886
摘要

Abstract Cell reprogramming has wide applications in tissue regeneration, disease modeling and personalized medicine, but low reprogramming efficiency remains a challenge. In addition to biochemical cues, biophysical factors can modulate the epigenetic state and a variety of cell functions. However, how biophysical factors help overcome the epigenetic barrier for cell reprogramming are not well understood. Here we utilized microfluidic channels to induce a transient deformation of the cell nucleus, which caused the disassembly of the nuclear lamina and a downregulation of DNA methylation and histone (H3K9) for 12-24 hours. These global decreases of heterochromatin marks at the early stage of cell reprogramming strikingly enhanced the conversion of fibroblasts into neurons and induced pluripotent stem cells. Consistently, inhibition of DNA methylation and H3K9 methylation partially mimicked the effects of mechanical squeezing on iN reprogramming efficiency. Knocking down lamin A had similar effects to squeezing on enhancing the reprogramming efficiency. Based on these findings, we developed a scalable microfluidic system that enabled a continuous cell processing to effectively prime the epigenetic state for cell reprogramming, demonstrating the potential of mechano-biotechnology for cell engineering.
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