Pancreatic beta cells derived from human embryonic stem cells (hESCs) are a promising cell source for diabetes treatment. The changes in the extracellular matrix (ECM) control the cell fate of stem cells. Thus, the combination of extracellular signal and intrinsic signaling has been developed as a method to increase differentiation efficiency from hESCs to various lineage. However, attempts to improve the differentiation efficiency into beta cells through modification of the extracellular matrix (ECM) are still insufficient. This study investigated whether the use of Polydimethylsiloxane (PDMS) was advantageous as a substrate to differentiate hESCs into pancreatic endocrine cells. Here, I found that matrigel, an ECM widely used for stem cell culture, was coated in different ways, such as mash or film-like structure on TCPS and PDMS depending on the underlying substrate. Film-like structure of Matrigel coated on PDMS (Matrigel_PDMS) provided higher cellular anchorage between cell-ECM compared to mash-like structure of Matrigel coated on TCPS (Matrigel _TCPS). On the Matrigel_PDMS expression of pancreatic endodermal markers was significantly higher during early pancreatic development of hESCs compared to the Matrigel_TCPS. Furthermore, pancreatic islet-like organoids (PIOs) derived on the Matrigel_PDMS exhibited a higher level of insulin secretion than those on the Matrigel_TCPS. In this study, I confirmed that increment of focal adhesion in hESCs cultured on Matrigel_PDMS during early pancreatic development than those cultured on Matrigel_TCPS. Increased focal adhesion induced activation of YAP/TEF1 in pancreatic endoderm cells, ultimately promoting the transcriptional activities of pancreatic endoderm-associated genes. Interestingly, YAP activation was induced in pancreatic endoderm cells via the integrin α3-FAK-CDC42-PP1A signaling. In this study, I demonstrate that the unique microstructure on Matrigel_PDMS promotes focal adhesions, and then activates YAP via Hippo independent signaling pathway, thereby leading to maturation of pancreatic endocrine development of hESCs in vitro
인간 배아 줄기 세포 (hESC)에서 유래한 췌장 베타 세포는 당뇨병 치료를 위한 유망한 세포 공급원이다. 본 연구에서 줄기세포 배양에 널리 사용되는 ECM인 Matrigel이 기저 기질에 따라 TCPS와 PDMS에서 mash 또는 film 구조로 코팅되는 것을 확인하였다. hESCs은 PDMS에 코팅된 Matrigel (Matrigel_PDMS)의 film 구조 위에서 TCPS에 코팅된 Matrigel (Matrigel _TCPS)의 mash 구조와 비교하여 hESC-ECM 사이에 더 강한 세포 접착을 보였다. 췌장 내배엽 마커의 발현은 Matrigel_TCPS에 비해 Matrigel_PDMS에서 hESC의 초기 췌장 발달 동안 유의미하게 더 높았고, Matrigel_PDMS에서 파생된 유사 췌도 오가노이드(PIO)는 높은 수준으로 인슐린을 분비하였다. 췌장 발달 동안 Matrigel_PDMS에서 증가된 국소 부착은 췌장 내배엽 세포에서 YAP/TEF1의 활성화를 유도하여 궁극적으로 췌장 내배엽 관련 유전자의 전사 활성을 촉진하였으며, 췌장 내배엽 세포에서 YAP 활성화는 INTEGRIN α3-FAK-CDC42-PP1A 신호 전달을 통해 유도되었다. 본 연구에서 Matrigel_PDMS의 독특한 미세 구조가 국소 접착을 촉진하고 Hippo 독립 신호 전달 경로를 통한 YAP의 활성화는 hESC의 췌장 내분비 베타 세포로의 분화 효율 증진을 유도하였다.
