收缩性驱动心肌细胞成熟及对纳米图案的响应

背景：理解心肌细胞发育机制对于发挥诱导多能干细胞来源心肌细胞（iPSC-CMs）的潜力至关重要。虽然已知心肌细胞的发育依赖于内部和外部的机械信号，但需要进一步研究以理解不同信号的贡献以及它们如何整合在一起产生成体心肌细胞。在此，我们通过研究钙激活的收缩性在肌节形成和成熟中的作用及其对iPSC-CM对纳米图案响应的影响来弥补这一空白。方法：我们产生了具有纯合D65A心肌肌钙蛋白C（cTnC）替换的iPSC。这种工程化的cTnC不能在位点II结合钙，导致原肌球蛋白阻断强肌球蛋白与细肌丝结合并抑制肌节收缩。iPSC被分化为心肌细胞并在培养中成熟超过60天。通过成像、代谢分析和钙瞬变分析对细胞进行表征。在整个分化和成熟过程中通过质谱检查蛋白质组。我们还将部分成熟的心肌细胞重新接种到纳米图案化表面上，以研究外部机械信号如何影响收缩性与非收缩性细胞的成熟。结果：令人惊讶的是，我们发现D65A cTnC心肌细胞中形成了肌节，尽管这些肌节发育不良且紊乱。D65A心肌细胞还表现出显著的蛋白质组成熟缺陷和异常的钙瞬变。将非收缩性心肌细胞重新接种到纳米图案上改善了几项结构和蛋白质组成熟指标。相反，WT成熟并未从引入纳米图案中受益。结论：钙激活的收缩性对于肌节生成是可有可无的，但对于心肌细胞成熟至关重要。在非收缩性D65A cTnC心肌细胞中，纳米图案增强了成熟，表明外部机械信号可能部分补偿收缩性缺陷。然而，纳米图案并未促进WT成熟，提示成熟度可能降低纳米图案的功效。除了这些新发现外，这些编目iPSC-CM成熟的质谱数据集代表了心血管研究界的有用资源。