骨格筋の老化細胞外マトリックスは、幹細胞線維形成変換を促進します

骨格筋の再生の年齢に関連した減少は、筋肉幹細胞（MUSC）機能不全に起因しています。老化した筋肉は線維形成変換を示し、線維症と損傷後の回復障害につながります。研究では、幹細胞の運命に対するin vitro基質特性の影響が実証されていますが、細胞外マトリックス（ECM）の老化が幹細胞の挙動にどのように影響するかは、どのように調査されていないかを示しています。ここでは、老化した筋肉ECMの筋系統の仕様に対する直接的な効果を調査しました。ECMトポロジーと筋肉の機械的特性の定量化により、コラーゲンの屈曲度が低下し、筋肉の硬化が増加することが明らかになります。加齢に伴うECMの変化は、筋肉の反応を直接混乱させ、筋肉を老化した筋肉を示す脱細胞化ECM構築物にex in vivoを播種し、若いECMに播種された筋肉と比較して、線維形成マーカーの発現を増加させ、筋原性を低下させました。この線維形成変換は、筋肉が高齢の線維芽細胞によって精緻化されたマトリックスに直接播種されると、in vitroで再現されます。若い線維芽細胞と比較すると、老化した筋肉から分離された線維芽細胞は、メカノセンサーの核レベルを増加させました。はい関連タンパク質（YAP）/転写コアクチベーターを使用したPDZ結合モチーフ（TAZ）を使用して、in vivoの硬膜環境への曝露と一致します。したがって、老化した筋肉の剛性を模倣するように設計された基質にそれらを播種することにより、若い線維芽細胞を前処理すると、YAP/TAZ核移行が増加し、筋線維形成に有利なマトリックスの分泌を促進します。ここでの発見は、筋肉剛性の加齢に伴う増加が線維芽細胞によるマトリセルタンパク質のYAP/TAZを介した病原性発現を促進し、最終的に筋力運命を破壊することを示唆しています。

Age-related declines in skeletal muscle regeneration have been attributed to muscle stem cell (MuSC) dysfunction. Aged MuSCs display a fibrogenic conversion, leading to fibrosis and impaired recovery after injury. Although studies have demonstrated the influence of in vitro substrate characteristics on stem cell fate, whether and how aging of the extracellular matrix (ECM) affects stem cell behavior has not been investigated. Here, we investigated the direct effect of the aged muscle ECM on MuSC lineage specification. Quantification of ECM topology and muscle mechanical properties reveals decreased collagen tortuosity and muscle stiffening with increasing age. Age-related ECM alterations directly disrupt MuSC responses, and MuSCs seeded ex vivo onto decellularized ECM constructs derived from aged muscle display increased expression of fibrogenic markers and decreased myogenicity, compared to MuSCs seeded onto young ECM. This fibrogenic conversion is recapitulated in vitro when MuSCs are seeded directly onto matrices elaborated by aged fibroblasts. When compared to young fibroblasts, fibroblasts isolated from aged muscle display increased nuclear levels of the mechanosensors, Yes-associated protein (YAP)/transcriptional coactivator with PDZ-binding motif (TAZ), consistent with exposure to a stiff microenvironment in vivo. Accordingly, preconditioning of young fibroblasts by seeding them onto a substrate engineered to mimic the stiffness of aged muscle increases YAP/TAZ nuclear translocation and promotes secretion of a matrix that favors MuSC fibrogenesis. The findings here suggest that an age-related increase in muscle stiffness drives YAP/TAZ-mediated pathogenic expression of matricellular proteins by fibroblasts, ultimately disrupting MuSC fate.