マイクロピラーアレイ上での細胞の染色体再配置と遺伝子制御

Chromosomal repositioning and gene regulation of cells on a micropillar array.

• Ruili Liu
• Jiandong Ding

抄録

これまで、物質表面上での細胞の様々な反応が検討されてきたが、細胞核の著しい自己変形とそれに伴う染色体の再配置に着目した報告は比較的少ない。ここでは、ポリラクチド-コ-グリコリド(PLGA)のマイクロピラーアレイを作製し、高分子マイクロピラー上でのHeLa細胞の著しい核変形を観察した。特に、蛍光in situハイブリダイゼーションとDNAマイクロアレイを用いて、18番染色体と19番染色体のテリトリー位置の変化と、マイクロピラーアレイ上のHeLa細胞の遺伝子発現プロファイルを検出した。マイクロピラーアレイ上では、18番染色体は19番染色体よりも核周辺部に近い位置に転座していることがわかった。染色体領域の再配置に伴い、HeLa細胞はマイクロピラーアレイ上で遺伝子発現を変化させ、実験条件とBioinformaticsの基準を用いて、23対の染色体の全てにおいて180個の遺伝子がアップレギュレーションされ、255個の遺伝子がダウンレギュレーションされた。本研究により、物質表面の形状が細胞核内の染色体再配置や遺伝子発現に影響を与える可能性があることを明らかにし、細胞と物質の相互作用についての理解を深めることができました。

While various cell responses on material surfaces have been examined, relatively few reports are focused on significant self deformation of cell nuclei and corresponding chromosomal repositioning. Herein, we prepared a micropillar array of poly(lactide-co-glycolide) (PLGA) and observed significant nuclear deformation of HeLa cells on the polymeric micropillars. In particular, we detected the alterations of the territory positioning of chromosomes 18 and 19 and gene expression profiles of HeLa cells on the micropillar array using fluorescence in situ hybridization and DNA microarray. Chromosome 18 was found to be translocated closer to the nuclear periphery than chromosome 19 on the micropillar array. With the repositioning of chromosomal territories, HeLa cells changed their gene expressions on the micropillar array with 180 genes up-regulated and 255 genes down-regulated for all of the 23 pairs of chromosomes under the experimental conditions and the employed Bioinformatics criteria. Hence, this work deepens understanding on cell-material interactions by revealing that material surface topography can probably influence chromosomal repositioning in the nuclei and gene expressions of cells.