Программирование многоклеточной сборки с помощью синтетических молекул клеточной адгезии

Nature, том 614, страницы 144–152 (2023 г.) Процитировать эту статью

26 тысяч доступов

3 цитаты

459 Альтметрика

Подробности о метриках

Молекулы клеточной адгезии повсеместно распространены в многоклеточных организмах, определяя точные межклеточные взаимодействия в таких разнообразных процессах, как развитие тканей, транспорт иммунных клеток и организация нервной системы1,2,3,4. Здесь мы показываем, что широкий спектр синтетических молекул клеточной адгезии может быть создан путем объединения ортогональных внеклеточных взаимодействий с внутриклеточными доменами нативных молекул адгезии, таких как кадгерины и интегрины. Полученные молекулы обеспечивают индивидуальные межклеточные взаимодействия со свойствами адгезии, аналогичными нативным взаимодействиям. Идентичность внутриклеточного домена синтетических молекул клеточной адгезии определяет морфологию и механику интерфейса, тогда как различные гомотипические или гетеротипические домены внеклеточного взаимодействия независимо определяют связь между клетками. Этот набор ортогональных молекул адгезии позволяет рационально запрограммировать сборку многоклеточной архитектуры, а также систематическое ремоделирование нативных тканей. Модульность синтетических молекул клеточной адгезии дает фундаментальное представление о том, как могли развиться различные классы межклеточных интерфейсов. В целом, эти инструменты предлагают мощные возможности для клеточной и тканевой инженерии, а также для систематического изучения многоклеточной организации.

Способность систематически программировать межклеточную адгезию предоставит новые мощные инструменты для изучения развития, нейробиологии и иммунологии, а также может способствовать восстановлению многоклеточных тканей и созданию терапевтических клеток5,6 (рис. 1а). Тем не менее, инженерная адгезия в клетках многоклеточных животных остается малоизученной областью синтетической биологии.

а. Разнообразные функциональные роли клеточной адгезии. б. Концептуальный дизайн рецепторов synCAM. Внеклеточный домен CAM (слева) заменен GFP и GFP-связывающим нанотелом (анти-GFP; справа). Также показано тросовое управление без ICD (в центре). c, Максимальная проекция ×20 изображений конфокальной микроскопии парных интерфейсов synCAM. Масштабная линейка, 10 мкм. т = 3 ч. Клетка, экспрессирующая GFP (синяя), связана с клеткой, экспрессирующей анти-GFP (оранжевая). Для каждой пары указан домен CAM TM и ICD (привязь — это элемент управления без ICD) (вверху). Внизу: канал GFP интерфейсов выше, подчеркивающий различия в обогащении рецепторов на интерфейсе. Соответствующие уровни экспрессии synCAM показаны на рис. 1 расширенных данных. d. Углы контакта, измеренные на интерфейсах, показанных на a. n = 20 (трос), n = 20 (WT ECAD), n = 20 (DLL1), n ​​= 20 (JAM-B), n = 20 (NCAM-1), n ​​= 20 (ICAM-1), n = 20 (ECAD), n = 20 (ITGB1), n ​​= 20 (ITGB2), n = 15 (MUC4). Также показаны углы контакта для гомотипического межклеточного взаимодействия WT ECAD. e, Доля обогащения GFP на границе раздела клеток из c. n = 20 (привязной), n = 20 (DLL1), n ​​= 20 (JAM-B), n = 20 (NCAM-1), n ​​= 20 (ICAM-1), n ​​= 20 (ECAD), n = 20 (ITGB1), n ​​= 20 (ITGB2), n = 15 (MUC4). f, Количественная оценка углов смачивания парных клеток L929, экспрессирующих SynCAM GFP/анти-GFP с указанным сродством и в присутствии (синий) или отсутствии (черный) ICAM-1 ICD. n = 20 пар. Столбики ошибок показывают 95% доверительные интервалы. т = 3 ч. Соответствующие уровни экспрессии synCAM показаны на рис. 1 расширенных данных. Альтернативный анализ (анализ конкурентной сортировки клеток) той же серии клеток synCAM с измененной аффинностью показан на рис. 3 расширенных данных. Для прямоугольных диаграмм на рисунках d и e Центральная линия показывает медиану, границы поля показывают процентиль от 25 до 75, а усы показывают минимальные и максимальные значения.

Источник данных

Нативные межклеточные взаимодействия опосредуются большой совокупностью молекул клеточной адгезии (CAM) — сложных трансмембранных белков, которые связывают соседние клетки или матрикс и вызывают механическую адгезивную реакцию, часто включающую перестройки цитоскелета7,8,9,10,11. Примеры CAM включают интегрины, которые собирают фокальные спайки, и кадгерины, которые собирают слипчивые соединения между эпителиальными клетками11,12,13,14. Структурная сложность и функциональное разнообразие CAM не позволяют понять, могут ли функции внеклеточного связывания и реорганизации цитоскелета, опосредованные внутриклеточными доменами, быть разъединены и рекомбинированы для создания новых межклеточных связей, хотя предыдущие исследования указывают на потенциал модульности15,16,17, 18,19.