复旦大学丁建东教授课题组发现材料表面拓扑形貌可调节细胞核形状、染色体定位和基因表达
以往的生物材料学、化学生物学、细胞生物学与再生医学的交叉学科研究表明，材料表面拓扑结构能够调控细胞行为。最近，丁建东课题组的研究则进一步揭示，特定的材料表面拓扑结构还可以导致细胞核的显著变形、染色体在核内的“领地”移动以及基因表达谱的变化。
结合微电子制造技术制备的模板，丁建东教授课题组获得了重要的高分子材料PLGA的微柱阵列，并且发现合适的微柱参数可以导致细胞核的严重变形，而细胞仍然处于存活的状态（图1）。
图1 PLGA微柱阵列上细胞核变形
(A) PLGA微柱阵列SEM图；(B) HeLa细胞在PLGA微柱阵列和光滑表面上细胞核荧光显微照片
丁建东课题组进一步探索了聚合物PLGA微柱阵列上HeLa细胞的核变形是否伴随染色体定位以及基因表达是否发生变化。人类18号和19号染色体由于DNA含量相近而基因密度截然不同，成为染色体定位的研究对象。采用荧光原位杂交技术观察了HeLa细胞18号和19号染色体细胞核定位（图2）。结果表明，HeLa细胞在微柱阵列上18号和19号染色体都向细胞核边缘发生了移动，且18号染色体比19号染色体明显更靠近细胞核边缘。
图2 荧光原位杂交技术检测微柱阵列和光滑表面上HeLa细胞核内18号和19号染色体位置
(A) 荧光原位杂交技术（Fluorescence in situ hybridization，FISH）原理图； (B) 18号和19号染色体3D和2D荧光图像（每号染色体包含一对，因此显示两条）。采用带有橙红色荧光基团的全染色体荧光探针与染色体杂交，细胞核采用DAPI染色（显示蓝色荧光）
丁建东课题组还运用DNA芯片技术研究了细胞的基因表达谱（图3），检测到相比于在平整的PLGA膜表面，微柱阵列上全部23对染色体共有188个基因发生了上调、255个基因发生了下调。随后通过GO和KEGG等手段进行了转录组的生物信息学分析。
图3 采用DNA微阵列检测HeLa细胞在PLGA微柱阵列上的差异表达基因
(A) DNA微阵列检测细胞总RNA的流程图； (B) 微柱阵列上HeLa细胞差异表达基因的火山图（n = 3）。基因表达倍数变化p值小于0.05 (-log10 p-value 大于1.3)，表达倍数变化低于1/1.5 (log2 fold change < -0.6) 表示基因下调，用蓝色表示；p值小于0.05 (-log10 p-value 大于1.3)，表达倍数变化大于1.5 (log2 fold change >0.6) 表示基因上调，用红色表示；(C) 微柱阵列上HeLa细胞差异表达基因热图(fold change > 1.5, p < 0.05)，红色比表示高表达，蓝色表示低表达。标尺中1.5， 0 ，-1.5分别表示差异表达基因信号强度最大值、中间值和最小值。每一列表示一个样品，每一行表示一个基因。
该基础研究揭示，微柱阵列上细胞核变形伴随着染色体定位和基因表达的变化。由此可见，在生物材料设计过程中，尤其是在癌症治疗、组织工程和再生医学领域，应当考虑材料表面拓扑结构对于染色体定位和基因表达的调控作用。
以上相关成果在ACS Applied Materials & Interfaces发表。Ruili Liu, Jiandong Ding*, Chromosomal repositioning and gene regulation of cells on a micropillar array. ACS Appl. Mater. Interfaces, 12, 32: 35799 - 35812 (2020)。 论文的第一作者是复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室项目制研究人员刘瑞丽博士，通讯作者为该国重主任丁建东教授。
论文链接：
https://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c05883
来源：复旦高材生
相关进展
复旦大学丁建东教授课题组揭示热致水凝胶的结构及物理凝胶化机理
复旦大学丁建东教授系统评述：基于适度两亲性嵌段共聚物的可注射性热致水凝胶
复旦丁建东教授课题组揭示高分子微柱阵列表面细胞核的非单调形变规律
复旦丁建东教授课题组揭示材料官能团对细胞粘附和干细胞分化的影响规律
复旦大学丁建东课题组在细胞核的形状影响干细胞分化方面取得新进展
免责声明：部分资料来源于网络，转载的目的在于传递更多信息及分享，并不意味着赞同其观点或证实其真实性，也不构成其他建议。仅提供交流平台，不为其版权负责。如涉及侵权，请联系我们及时修改或删除。邮箱：info@polymer.cn
诚邀投稿
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至info@polymer.cn，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号PolymerChina （或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。
点
这里“阅读原文”，查看更多