효율이 높은 세포 재프로그래밍 기술의 발전은 재생 치료, 질병 모델링, 약물 발견에 상당한 영향을 미친다. 생물물리학적 신호는 세포 운명을 조절할 수 있으나, 재프로그래밍 과정에서 외부 물리적 힘이 갖는 정확한 역할은 여전히 불명확하다. 본 연구에서 저자들은 섬유아세포에 대해 시간적 주기의 진동성 스트레칭(tempor al cyclic-stretching)을 가하면 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cell, iPSC) 생성 효율이 유의미하게 향상됨을 보여준다. 생성된 iPSC는 만능성(pluripotency) 표지자를 발현하는 것이 입증되었으며, 체내(in vivo) 기능도 나타낸다. 대용량(bulk) RNA 시퀀싱 결과, 순환 스트레칭은 세포 분열 증가와 중간엽-상피 전환(mesenchymal-epithelial transition)을 포함하여 만능성 획득에 요구되는 생물학적 특성을 강화함이 확인되었다. 특히, 순환 스트레칭은 세포골격-핵(cytoskeletal-to-nuclear) 공간 전반에서 주요 기계감응성 분자(integrins, perinuclear actins, nesprin-2, 및 YAP)를 활성화한다. 또한 스트레칭 매개 세포골격-핵 기계결합은 주로 H3K9 메틸화의 하향 조절을 중심으로 한 후성유전학적 변형을 변화시키며, 이는 전장유전체(genome-wide) ChIP-sequencing과 약리학적 억제 실험을 통해 밝혀진 유전체 수준에서의 전반적 유전자 점유(global gene occupancy) 변화와도 연관된다. 단일세포 RNA 시퀀싱은 더 나아가 기계자극에 반응하는 iPSC의 하위 클러스터와 스트레칭된 세포에서의 핵심 후성유전학적 조절자를 확인한다. 종합하면, 순환 스트레칭은 기계전달(mechanotransduction) 과정과 후성유전학적 변화—기계감응성 유전자의 점유 변화가 동반되는—를 통해 iPSC 재프로그래밍을 활성화한다. 본 연구는 외부 물리적 힘과 이어지는 기계전달 과정 및 관련 유전자의 발현을 동반한 후성유전학적 변화 사이의 강한 연관성을 강조하며, 이는 세포생물학, 조직공학, 재생의학 분야에 중요한 함의를 제공한다.
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