EHD2在细胞外基质弹性诱导干细胞分化过程中作用研究

Extracellular matrix（ECM）elasticity plays an important role in controlling behavior of various cells，but the mechanism has not been clearly understood. We have reported that ECM elasticity decides stem cell differentiation through the endocytosis of membrane receptor mediated by caveolin. To explain this phenomenon, we investigate the differentially expressed proteins of bone marrow mesenchymal stem cells in response to different ECM elasticity by high throughput proteomics. A differentially expressed protein C-terminal Eps15 homology domain protein 2(EHD2) is focused on. Based on our preliminary investigations, we find that EHD2 controls endocytosis change of bone morphogenesis protein receptor 1A affected by ECM elasticity and EHD2 protein level change depends on integrin 1 activation. We deduce that ECM elasticity affects the expression of EHD2 by activating integrin 1, which controls the endocytosis of membrane receptor proteins and further decides the differentiation of stem cells. This deduction is the core of our research and will be tested by the super resolution microscopy and the advanced molecular and cellular technologies.

细胞外基质（Extracellular Matrix，ECM）弹性对多种细胞的功能均具有重要影响，但细胞感知ECM弹性的机理还不清楚。申请人所在实验室报道过ECM弹性通过调控小窝蛋白介导的内吞影响与分化相关的信号通路导致干细胞的命运决定。但是为什么ECM弹性能够触发细胞的内吞现象，这还是未解之谜。本项目采用高通量蛋白质组学技术，寻找响应ECM弹性变化的差异蛋白。结合文献调研，我们锁定了差异蛋白EHD2，它可能是ECM弹性调控的细胞内吞重要因素。初步试验表明，EHD2表达水平受到整合素活性的调控，并在ECM弹性诱导的BMPR1A内吞过程起重要作用。据此，我们认为基质弹性决定干细胞分化命运的过程中存在如下通路：ECM弹性调控整合素活性，进而影响了EHD2的表达，随后导致细胞膜上受体蛋白的内吞变化，进而影响干细胞分化。借助分子、细胞生物学、超高分辨率显微等技术方法，着重论述上述信号通路。

近年来研究发现，细胞外基质弹性能够决定干细胞的分化方向，但迄今为止，细胞外基质弹性决定干细胞分化的机制仍不清楚。为解释这一机制，我们借助高通量的蛋白质组学技术研究了软硬不同的两种基底（500Pa和100000Pa）上骨髓间充质干细胞中的蛋白变化情况，成功鉴定到177个显著性差异蛋白。经过生物信息学分析，我们发现这177个蛋白中有22个蛋白与内吞相关。通过对这22个与内吞相关的差异蛋白的转录水平和蛋白水平的验证以及细胞内吞实验验证，我们发现两种基底上干细胞的内吞确实发生改变。软基底上干细胞从外界摄取更多的CTB蛋白，其自身的膜蛋白activated integrin β1和BMPRs内吞也增加。进一步研究表明，差异蛋白EHD2在这一过程中起重要作用。从2小时开始，软基底上干细胞中的EHD2表达量就受到下调，而硬基底上一直维持较高表达量。过表达EHD2抑制软基底上的干细胞中的activated integrin β1和BMPRIA的内吞，从而抑制软基底上干细胞成神经分化；降表达EHD2能够促进硬基底上的干细胞中的activated integrin β1和BMPRIA内吞，从而抑制硬基底上干细胞的成骨分化。我们还发现干细胞中EHD2表达量的变化受到integrin β1的调控。综上，我们的研究表明，细胞外基质弹性通过调节integrin β1活化状态，从而影响了EHD2的表达量变化，再进一步导致分化相关膜蛋白的内吞变化，最终导致干细胞分化方向发生改变。