Chromatin reprogramming and bone regeneration in vitro and in vivo via the microtopography-induced constriction of cell nuclei

染色质 细胞生物学 重编程 间充质干细胞 再生(生物学) 间质细胞 细胞分化 拉明 体外 生物 细胞 化学 核心 生物化学 癌症研究 DNA 基因
作者
Xinlong Wang,Vasundhara Agrawal,Cody L. Dunton,Yugang Liu,Ranya Virk,Priyam Patel,Lucas Carter,Emily M. Pujadas-Liwag,Yue Li,Surbhi Jain,Hao Wang,Na Ni,Hsiu‐Ming Tsai,Nancy Rivera‐Bolanos,Jane Frederick,Eric W. Roth,Reiner Bleher,Chongwen Duan,Panagiotis Ntziachristos,Tong He
出处
期刊:Nature Biomedical Engineering [Nature Portfolio]
卷期号:7 (11): 1514-1529 被引量:64
标识
DOI:10.1038/s41551-023-01053-x
摘要

Topographical cues on cells can, through contact guidance, alter cellular plasticity and accelerate the regeneration of cultured tissue. Here we show how changes in the nuclear and cellular morphologies of human mesenchymal stromal cells induced by micropillar patterns via contact guidance influence the conformation of the cells’ chromatin and their osteogenic differentiation in vitro and in vivo. The micropillars impacted nuclear architecture, lamin A/C multimerization and 3D chromatin conformation, and the ensuing transcriptional reprogramming enhanced the cells’ responsiveness to osteogenic differentiation factors and decreased their plasticity and off-target differentiation. In mice with critical-size cranial defects, implants with micropillar patterns inducing nuclear constriction altered the cells’ chromatin conformation and enhanced bone regeneration without the need for exogenous signalling molecules. Our findings suggest that medical device topographies could be designed to facilitate bone regeneration via chromatin reprogramming. Micropillar patterns causing changes in the nuclear and cellular morphologies of human mesenchymal stromal cells influence the conformation of the cells’ chromatin and their osteogenic differentiation in vitro and in mice.
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