Programação de montagem multicelular com moléculas sintéticas de adesão celular

Nature volume 614, páginas 144–152 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Moléculas de adesão celular são onipresentes em organismos multicelulares, especificando interações célula-célula precisas em processos tão diversos quanto o desenvolvimento de tecidos, tráfego de células imunes e a fiação do sistema nervoso1,2,3,4. Aqui, mostramos que uma ampla gama de moléculas sintéticas de adesão celular pode ser gerada pela combinação de interações extracelulares ortogonais com domínios intracelulares de moléculas de adesão nativas, como caderinas e integrinas. As moléculas resultantes produzem interações célula-célula personalizadas com propriedades de adesão semelhantes às interações nativas. A identidade do domínio intracelular das moléculas sintéticas de adesão celular especifica a morfologia e a mecânica da interface, enquanto diversos domínios de interação extracelular homotípica ou heterotípica especificam independentemente a conectividade entre as células. Este kit de ferramentas de moléculas de adesão ortogonal permite a montagem racionalmente programada de arquiteturas multicelulares, bem como a remodelação sistemática de tecidos nativos. A modularidade das moléculas sintéticas de adesão celular fornece informações fundamentais sobre como classes distintas de interfaces célula-célula podem ter evoluído. No geral, essas ferramentas oferecem habilidades poderosas para engenharia de células e tecidos e para estudar sistematicamente a organização multicelular.

A capacidade de programar sistematicamente a adesão célula-célula forneceria novas ferramentas poderosas para estudar o desenvolvimento, a neurobiologia e a imunologia, e poderia facilitar o reparo de tecidos multicelulares e o design de células terapêuticas5,6 (Fig. 1a). No entanto, a adesão de engenharia em células de metazoários permanece uma área pouco explorada na biologia sintética.

a, Diversos papéis funcionais da adesão celular. b, O projeto conceitual dos receptores synCAM. O domínio extracelular de um CAM (esquerda) é substituído por GFP e um nanocorpo de ligação GFP (anti-GFP; direita). Um controle de corda sem um ICD também é mostrado (meio). c, Projeção máxima de imagens de microscopia confocal ×20 de interfaces synCAM pareadas. Barra de escala, 10 µm. t = 3h. Uma célula que expressa GFP (azul) está ligada a uma célula que expressa anti-GFP (laranja). O domínio CAM TM e ICD para cada par é indicado (tether é o controle sem o ICD) (topo). Abaixo, o canal GFP das interfaces acima, destacando as diferenças no enriquecimento do receptor na interface. Níveis de expressão de synCAM correspondentes são mostrados em Dados Estendidos Fig. 1. d, Os ângulos de contato medidos a partir das interfaces mostradas em a. n = 20 (tether), n = 20 (WT ECAD), n = 20 (DLL1), n ​​= 20 (JAM-B), n = 20 (NCAM-1), n ​​= 20 (ICAM-1), n = 20 (ECAD), n = 20 (ITGB1), n ​​= 20 (ITGB2), n = 15 (MUC4). Os ângulos de contato para interação célula-célula homotípica WT ECAD também são mostrados. e, A fração de enriquecimento de GFP na interface célula-célula de c. n = 20 (tether), n = 20 (DLL1), n ​​= 20 (JAM-B), n = 20 (NCAM-1), n ​​= 20 (ICAM-1), n ​​= 20 (ECAD), n = 20 (ITGB1), n ​​= 20 (ITGB2), n = 15 (MUC4). f, Quantificação dos ângulos de contato de pares de células L929 expressando synCAMs GFP/anti-GFP com as afinidades indicadas e na presença (azul) ou ausência (preto) de um ICAM-1 ICD. n = 20 pares. As barras de erro mostram os intervalos de confiança de 95%. t = 3h. Os níveis de expressão de synCAM correspondentes são mostrados em Dados estendidos Fig. 1. Uma análise alternativa (ensaio de classificação de células de competição) da mesma série de células synCAM de afinidade alterada é mostrada em Dados estendidos Fig. 3. Para os gráficos de caixa em d e e, o a linha central mostra a mediana, os limites da caixa mostram o percentil 25 a 75 e os bigodes mostram os valores mínimos a máximos.

Dados de origem

As interações célula-célula nativas são mediadas por uma grande coleção de moléculas de adesão celular (CAMs) - proteínas transmembranares complexas que ligam células vizinhas ou matriz e induzem uma resposta adesiva mecânica, muitas vezes envolvendo rearranjos do citoesqueleto7,8,9,10,11. Exemplos de CAMs incluem integrinas, que montam adesões focais, e caderinas, que montam junções aderentes entre células epiteliais11,12,13,14. A complexidade estrutural e a diversidade funcional das CAMs não deixam claro se a ligação extracelular e as funções de reorganização do citoesqueleto mediadas por domínio intracelular podem ser desacopladas e recombinadas para gerar novas conectividades célula-célula, embora estudos anteriores indiquem o potencial para modularidade15,16,17, 18,19.