系統性研究機動蛋白絲的動態組合調控間葉幹細胞於物理刺激下動態生理變化之機轉(1/3)

肌動蛋白絲 (F-肌動蛋白, F-actin）在哺乳動物細胞中對於構成三維細胞骨架扮演至關重要的角色。細胞中F-肌動蛋白呈現一種動態平衡，而在細胞遷移、 增殖、 形態學改變和幹細胞分化的過程中，F-肌動蛋白需做排列上的重整。F-肌動蛋白在生理上連結細胞膜和核膜，使得F-actin對於來自細胞膜上物理力受器(Mechanisensor)的信息傳導非常敏感，且可以直接將信息導入細胞核內。肌動蛋白動力學、捆綁、交聯、貼膜和運動受到肌動蛋白結合蛋白(actin-binding protein)的調控，因而改變F-肌動蛋白的排列。 然而，細胞活體內如何通過 F-肌動蛋白的排列形成力的傳導的分子機轉目前尚不清楚。 間葉幹細胞（MSCs）是一種成體幹細胞，具有自我更新、多重分化能力及調節免疫的功能。在我們過去一系列的研究中，我們證明F-肌動蛋白因不同型態的物理刺激，透過不同的物理力受器如整合素、 鈣粘蛋白和視蛋白而有不同的反應。剪應力造成間葉幹細胞中F-肌動蛋白的解聚(de-polymerization)和重聚合(re-polymerization)不僅改變F-肌動蛋白的方向性，同時也改變幹細胞的可塑性，並伴隨著差異表達基因（DEGs）和差異表達蛋白質（DEPs）的動態變化。我們還觀察到調控微小核醣核酸 (microRNAs)以及轉錄因子流入細胞核的現象與增強幹細胞特定活性有關。已知染色質和基因組特性在胚胎幹細胞及體細胞之間是有差異的。LIM domain可以和 F-肌動蛋白鍵結，而含有LIM的蛋白質常出現在涉及調節基因表達、 細胞架構、細胞黏附、細胞運動及信息轉導的許多蛋白質中。含有LIM的蛋白質被認為是調解細胞質和細胞核之間信息交通的通信者。但是，由剪應力驅動的F-肌動蛋白排列改變如何系統性的調控差異表達基因和差異表達蛋白質，進而達到控制間葉幹細胞可塑性的分子機轉需要進一步的研究。 本研究的目的是通過系統生物資訊學分析，探討 F-肌動蛋白方向性改變控制間葉幹細胞動態生物物理效應的分子機轉。 我們的假設是： F-肌動蛋白的方向性受一個對剪應力敏感的肌動蛋白結合蛋白所控制。F-肌動蛋白解聚時，同時調節了細胞核與細胞質的信息交通，透過某個(些)關鍵 LIM 蛋白/轉錄因子出入細胞核而開啟/關閉間葉幹細胞基因的表達；F-肌動蛋白解聚的同一時間，透過對肌動蛋白依賴性微小核醣核酸的調節，可以迅速調控間葉幹細胞中的差異表達蛋白質。計畫的第一年，將透過系統性、功能性分析，依時序建構間葉幹細胞中，差異表達基因和差異表達蛋白質回應剪應力的網絡地圖 (Hub map)。計畫的第二年，調控F-肌動蛋白方向性的關鍵因子及調控差異表達基因和差異表達蛋白質的關鍵 LIM 蛋白/轉錄因子/微小核醣核酸將被揭露。計畫的第三年，我們將確認本研究的假設和其中的分子機制。 本研究的原創性很高，目前文獻中並無類似的研究。本研究的成果重要性及指標意義在於它將提供一個新穎、 功能強大的技術平台；有別於目標導向的研究方式，它將從系統性、巨觀的角度，分析細微且複雜的細胞生物物理效應機轉。