Ein reduktionistischer Ansatz zur Bestimmung der Wirkung des Zell-Zell-Kontakts auf die Differenzierung menschlicher epidermaler Stammzellen

Das Gleichgewicht zwischen Stammzellerneuerung und -differenzierung wird durch das Zusammenspiel zwischen intrinsischen zellulären Kontrollen und extrinsischen Faktoren bestimmt, die von der Mikroumgebung oder „Nische“ präsentiert werden. Frühere Studien an kultivierter menschlicher Epidermis haben eine Suspensionskultur und eine eingeschränkte Zellausbreitung verwendet, um die Regulierung der Differenzierung in einzelnen Keratinozyten zu untersuchen. Keratinozyten haften jedoch typischerweise in vivo an benachbarten Zellen. Wir haben daher experimentelle Modelle entwickelt, um die kombinierten Effekte der Zell-ECM-Adhäsion und des Zell-Zell-Kontakts zu untersuchen. Wir verwendeten Lipid-modifizierte Oligonukleotide, um Cluster von Keratinozyten zu bilden, die anschließend in Suspension gebracht wurden, um eine terminale Differenzierung zu induzieren. In diesem Versuchsmodell hatte der Zell-Zell-Kontakt keine Auswirkung auf die suspensionsinduzierte Differenzierung von Keratinozyten. Als nächstes entwickelten wir eine Hochdurchsatzplattform für eine robuste geometrische Beschränkung von Keratinozyten auf hexagonale ECM-beschichtete Inseln, die einen direkten Zell-Zell-Kontakt zwischen einzelnen Zellen ermöglichen. Wie bei kreisförmigen Inseln wurde die Differenzierung auf den kleinsten sechseckigen Inseln angeregt. Der Prozentsatz an Involucrin-positiven Zellen auf kleinen Bowtie-Inseln war jedoch signifikant niedriger als auf einzelnen Inseln, was zeigt, dass der Zell-Zell-Kontakt die Differenzierung als Reaktion auf eine verringerte Substratadhäsion verringerte. Keine der kleinen Bowtie-Inseln enthielt zwei Involucrin-positive Zellen. Wenn vielmehr eine Zelle Involucrin-positiv war, war die andere Involucrin-negativ. Dies deutet darauf hin, dass es eine intrinsische Asymmetrie in der Wirkung des Zell-Zell-Kontakts bei der Verringerung der Differenzierung gibt. Somit liefern unsere reduktionistischen Ansätze neue Einblicke in die Wirkung der Nische auf die Keratinozytendifferenzierung. ERKLÄRUNG ZUR BEDEUTUNG: Das Verhalten von Stammzellen wird durch eine Kombination externer Signale reguliert, einschließlich der Art des Haftsubstrats und der Zell-Zell-Wechselwirkungen. Ein Verständnis dafür, wie verschiedene Signale integriert werden, schafft die Möglichkeit, neue Biomaterialien zu entwickeln, um die Geweberegeneration zu fördern und unser Verständnis von Hautkrankheiten wie Ekzemen und Psoriasis zu erweitern, bei denen die Proliferation und Differenzierung von Stammzellen gestört ist. In dieser Studie haben wir zwei Methoden angewendet, um die interzelluläre Adhäsion menschlicher epidermaler Stammzellen zu konstruieren, eine mit lipidmodifizierter DNA und die andere mit hexagonalen Mikromustern. Wir zeigen, dass die Wirkung der Zell-Zell-Adhäsion von der Zell-Substrat-Adhäsion abhängt und decken Beweise dafür auf, dass sich zwei Zellen in äquivalenten Umgebungen dennoch unterschiedlich verhalten können.