Biphasic regulation of epigenetic state by matrix stiffness during cell reprogramming

重编程 表观遗传学 基质(化学分析) 细胞生物学 国家(计算机科学) 刚度 后生 细胞 计算生物学 生物 计算机科学 化学 DNA甲基化 遗传学 物理 基因表达 算法 基因 色谱法 热力学
作者
Yang Song,Jennifer Soto,Siew Yee Wong,Yifan Wu,Tyler Hoffman,Navied Akhtar,Sam C. P. Norris,Julia Chu,Hyungju Park,Douglas O. Kelkhoff,Cheen Euong Ang,Marius Wernig,Andrea M. Kasko,Timothy L. Downing,Mu‐ming Poo,Song Li
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:10 (7)
标识
DOI:10.1126/sciadv.adk0639
摘要

We investigate how matrix stiffness regulates chromatin reorganization and cell reprogramming and find that matrix stiffness acts as a biphasic regulator of epigenetic state and fibroblast-to-neuron conversion efficiency, maximized at an intermediate stiffness of 20 kPa. ATAC sequencing analysis shows the same trend of chromatin accessibility to neuronal genes at these stiffness levels. Concurrently, we observe peak levels of histone acetylation and histone acetyltransferase (HAT) activity in the nucleus on 20 kPa matrices, and inhibiting HAT activity abolishes matrix stiffness effects. G-actin and cofilin, the cotransporters shuttling HAT into the nucleus, rises with decreasing matrix stiffness; however, reduced importin-9 on soft matrices limits nuclear transport. These two factors result in a biphasic regulation of HAT transport into nucleus, which is directly demonstrated on matrices with dynamically tunable stiffness. Our findings unravel a mechanism of the mechano-epigenetic regulation that is valuable for cell engineering in disease modeling and regenerative medicine applications.
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