初期の胚における心臓特異的硬化は、鼓動を最適化するためにマトリックスとミオシン発現と類似しています

発達と分化では、形態学的変化はしばしば機械的変化に伴う[1]が、胚の細胞が組織の弾力性を感じるかどうか、またはいつ不明である。最古の胚は均一に柔軟性がありますが、成体組織は柔らかい脳や硬い心臓から硬い骨まで、力学が大きく異なります[2]。しかし、微小環境弾力性に対する細胞感受性は、複雑な3次元培養モデルの結果に一部基づいて議論されています[3]。硬直した後の領域が成体の心臓によるポンピングを制限するため、再生心臓病は、組織の弾力性に対する細胞レベルの感受性を明確にする強い動機を提供します[4]。ここでは、多能性幹細胞に由来する細胞を含む、胚性心臓とまばらに培養された心筋細胞を自発的に叩くことに焦点を当てています。組織の弾力性、ETは、胚4日目（E4）により心臓の毎日を1〜2 kPaに増加させますが、これは成体の心臓よりも10倍柔らかいですが、E4心筋細胞の鼓動収縮は、〜ET、E4の両方で最適であることが証明されています。in vivoおよびin vitro。プロテオミクスは、タンパク質の小さなサブセット、すなわちコラーゲンと心固有の励起収縮タンパク質の毎日の増加を明らかにします。心臓のマトリックスをコラゲナーゼで迅速に軟化させるか、酵素架橋でそれを硬化させると、鼓動が抑制されます。同様に、コラーゲンコーティングされたゲル上のまばらに培養されたE4心筋細胞は、ネイティブE4剛性を備えたマトリックスで最大収縮を示し、細胞発生の機械感受性を強調しています。層駆動の最適な弾力性は、力駆動型サルコメア登録の数学と一致していることがわかりますが、収縮波速度は、マトリックスの弾力性と結合された励起制御の理論化されたETでは線形です。多能性幹細胞由来心筋細胞は、マトリックスに対して機械感受性であることが証明されているため、ミオシンIIの組織と収縮機能がマトリックスの弾力性によって寄与する負荷に最適に一致するという主な観察を一般化します。

In development and differentiation, morphological changes often accompany mechanical changes [1], but it is unclear whether or when cells in embryos sense tissue elasticity. The earliest embryo is uniformly pliable, while adult tissues vary widely in mechanics from soft brain and stiff heart to rigid bone [2]. However, cell sensitivity to microenvironment elasticity is debated based in part on results from complex three-dimensional culture models [3]. Regenerative cardiology provides strong motivation to clarify any cell-level sensitivities to tissue elasticity because rigid postinfarct regions limit pumping by the adult heart [4]. Here, we focus on the spontaneously beating embryonic heart and sparsely cultured cardiomyocytes, including cells derived from pluripotent stem cells. Tissue elasticity, Et, increases daily for heart to 1-2 kPa by embryonic day 4 (E4), and although this is ~10-fold softer than adult heart, the beating contractions of E4 cardiomyocytes prove optimal at ~Et,E4 both in vivo and in vitro. Proteomics reveals daily increases in a small subset of proteins, namely collagen plus cardiac-specific excitation-contraction proteins. Rapid softening of the heart's matrix with collagenase or stiffening it with enzymatic crosslinking suppresses beating. Sparsely cultured E4 cardiomyocytes on collagen-coated gels likewise show maximal contraction on matrices with native E4 stiffness, highlighting cell-intrinsic mechanosensitivity. While an optimal elasticity for striation proves consistent with the mathematics of force-driven sarcomere registration, contraction wave speed is linear in Et as theorized for excitation-contraction coupled to matrix elasticity. Pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes also prove to be mechanosensitive to matrix and thus generalize the main observation that myosin II organization and contractile function are optimally matched to the load contributed by matrix elasticity.