Induction of fibroblast-to-myofibroblast differentiation by alteration of cytoplasmic actin ratio

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Myofibroblasts, which play a crucial role in the tumour microenvironment, represent a promising avenue for research in the field of oncotherapy. This study investigates the potential for induced differentiation of human fibroblasts into myofibroblasts through the downregulation of the γ-cytoplasmic actin (γ-CYA), which was achieved by RNA interference. A decrease in γ-CYA expression in human subcutaneous fibroblasts resulted in the upregulation of myofibroblast markers, including α-smooth muscle actin (α-SMA), ED-A FN, and type III collagen. These changes were accompanied by notable alterations in cellular morphology, characterised by a significant increase in cell area and formation of pronounced supermature focal adhesions. The downregulation of γ-CYA resulted in a compensatory increase in the expression of β-cytoplasmic actin and α-SMA, and the formation of characteristic α-SMA-positive stress fibers. In conclusion, our results demonstrate that a reduction in γ-CYA expression leads to myofibroblastic trans-differentiation of human subcutaneous fibroblasts.

About the authors

Y. G. Levuschkina

Lomonosov Moscow State University; Lomonosov Moscow State University

Email: pbkopnin@mail.ru

Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Faculty of Biology

Russian Federation, 119992 Moscow; 119991 Moscow

V. B. Dugina

Lomonosov Moscow State University; Lomonosov Moscow State University

Email: pbkopnin@mail.ru

Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology, Faculty of Biology

Russian Federation, 119992 Moscow; 119991 Moscow

G. S. Shagieva

Lomonosov Moscow State University

Email: pbkopnin@mail.ru

Belozersky Institute of Physico-Chemical Biology

Russian Federation, 119992 Moscow

S. V. Boichuk

Kazan State Medical University; Russian Medical Academy of Continuous Professional Education

Email: pbkopnin@mail.ru

Department of Pathology, Department of Radiotherapy and Radiology

Russian Federation, 420012 Kazan; 119454 Moscow

I. I. Eremin

Petrovsky National Research Center of Surgery

Email: pbkopnin@mail.ru
Russian Federation, 119991 Moscow

N. V. Khromova

N. N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology

Email: pbkopnin@mail.ru

Scientific Research Institute of Carcinogenesis

Russian Federation, 115478 Moscow

P. B. Kopnin

N. N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology

Author for correspondence.
Email: pbkopnin@mail.ru

Scientific Research Institute of Carcinogenesis

Russian Federation, 115478 Moscow

References

  1. Patrinostro, X., O’Rourke, A. R., Chamberlain, C. M., Moriarity, B. S., Perrin, B. J., and Ervasti, J. M. (2017) Relative importance of βcyto-and γcyto-actin in primary mouse embryonic fibroblasts, Mol. Biol. Cell, 28, 771-782, https://doi.org/10.1091/mbc.E16-07-0503.
  2. Dugina, V., Zwaenepoel, I., Gabbiani, G., Clément, S., and Chaponnier, C. (2009) β-and γ-cytoplasmic actins display distinct distribution and functional diversity, J. Cell Sci., 122, 2980-2988, https://doi.org/10.1242/jcs.041970.
  3. Simiczyjew, A., Pietraszek-Gremplewicz, K., Mazur, A. J., and Nowak, D. (2017) Are non-muscle actin isoforms functionally equivalent, Histol. Histopathol., 32, 1125-1139, https://doi.org/10.14670/HH-11-896.
  4. Bunnell, T. M., Burbach, B. J., Shimizu, Y., and Ervasti, J. M. (2011) β-Actin specifically controls cell growth, migration, and the G-actin pool, Mol. Biol. Cell, 22, 4047-4058, https://doi.org/10.1091/mbc.E11-06-0582.
  5. Hinz, B., Dugina, V., Ballestrem, C., Wehrle-Haller, B., and Chaponnier, C. (2003) α-Smooth muscle actin is crucial for focal adhesion maturation in myofibroblasts, Mol. Biol. Cell, 14, 2508-2519, https://doi.org/10.1091/mbc.e02-11-0729.
  6. Otranto, M., Sarrazy, V., Bonté, F., Hinz, B., Gabbiani, G., and Desmouliere, A. (2012) The role of the myofibroblast in tumor stroma remodeling, Cell Adhes. Migrat., 6, 203-219, https://doi.org/10.4161/cam.20377.
  7. Tripathi, M., Billet, S., and Bhowmick, N. A. (2012) Understanding the role of stromal fibroblasts in cancer progression, Cell Adhes. Migrat., 6, 231-235, https://doi.org/10.4161/cam.20419.
  8. Gabbiani, G. (2003) The myofibroblast in wound healing and fibrocontractive diseases, J. Pathol., 200, 500-503, https://doi.org/10.1002/path.1427.
  9. Aujla, P. K., and Kassiri, Z. (2021) Diverse origins and activation of fibroblasts in cardiac fibrosis, Cell. Signall., 78, 109869, https://doi.org/10.1016/j.cellsig.2020.109869.
  10. Arnoldi, R., Chaponnier, C., Gabbiani, G., and Hinz, B. (2012) Chapter 88 – Heterogeneity of smooth muscle, In Muscle (Hill, J. A., and Olson, E. N., eds) Academic Press, 2, 1183-1195, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-381510-1.00088-0.
  11. Younesi, F. S., Son, D. O., Firmino, J., and Hinz, B. (2021) Myofibroblast markers and microscopy detection methods in cell culture and histology, Methods Mol. Biol., 2299, 17-47, https://doi.org/10.1007/978-1-0716-1382-5_3.
  12. Dugina, V., Khromova, N., Rybko, V., Blizniukov, O., Shagieva, G., Chaponnier, C., Kopnin, B., and Kopnin, P. (2015) Tumor promotion by γ and suppression by β non-muscle actin isoforms, Oncotarget, 6, 14556-14571, https://doi.org/10.18632/oncotarget.3989.
  13. Dugina, V., Shagieva, G., Khromova, N., and Kopnin, P. (2018) Divergent impact of actin isoforms on cell cycle regulation, Cell Cycle, 17, 2610-2621, https://doi.org/10.1080/15384101.2018.1553337.
  14. Ampe, C., and Van Troys, M. (2017) Mammalian actins: isoform-specific functions and diseases, Handb. Exp. Pharmacol., 235, 1-37, https://doi.org/10.1007/164_2016_43.
  15. Arora, A. S., Huang, H. L., Singh, R., Narui, Y., Suchenko, A., Hatano, T., Heissler, S. M., Balasubramanian, M. K., and Chinthalapudi, K. (2023) Structural insights into actin isoforms, Elife, 12, e82015, https://doi.org/10.7554/eLife.82015.
  16. Heissler, S. M., and Chinthalapudi, K. (2024) Structural and functional mechanisms of actin isoforms, FEBS J., 81, 263, doi: 10.1111/febs.17153.
  17. Bergeron, S. E., Zhu, M., Thiem, S. M., Friderici, K. H., and Rubenstein, P. A. (2010) Ion-dependent polymerization differences between mammalian β- and γ-nonmuscle actin isoforms, J. Biol. Chem., 285, 16087-16095, https://doi.org/10.1074/jbc.M110.110130.
  18. Hinz, B., Phan, S. H., Thannickal, V. J., Galli, A., Bochaton-Piallat, M. L., and Gabbiani, G. (2007) The myofibroblast: one function, multiple origins, Am. J. Pathol., 170, 1807-1816, https://doi.org/10.2353/ajpath.2007.070112.
  19. D’Ardenne, A. J., Burns, J., Sykes, B. C., and Kirkpatrick, P. (1983) Comparative distribution of fibronectin and type III collagen in normal human tissues, J. Pathol., 141, 55-69, https://doi.org/10.1002/path.1711410107.
  20. Muro, A. F., Moretti, F. A., Moore, B. B., Yan, M., Atrasz, R. G., Wilke, C. A., Flaherty, K. R., Martinez, F. J., Tsui, J. L., Sheppard, D., Baralle, F. E., Toews, G. B., and White, E. S. (2008) An essential role for fibronectin extra type III domain A in pulmonary fibrosis, Am. J. Respir. Crit. Care Med., 177, 638-645, https://doi.org/10.1164/rccm.200708-1291OC.
  21. Tai, Y., Woods, E. L., Dally, J., Kong, D., Steadman, R., Moseley, R., and Midgley, A. C. (2021) Myofibroblasts: function, formation, and scope of molecular therapies for skin fibrosis, Biomolecules, 11, 1095, https://doi.org/10.3390/biom11081095.
  22. Ragoowansi, R., Khan, U., Brown, R. A., and McGrouther, D. A. (2003) Differences in morphology, cytoskeletal architecture and protease production between zone II tendon and synovial fibroblasts in vitro, J. Hand Surg., 28, 465-470, https://doi.org/10.1016/s0266-7681(03)00140-2.
  23. Dugina, V., Alexandrova, A., Chaponnier, C., Vasiliev, J., and Gabbiani, G. (1998) Rat fibroblasts cultured from various organs exhibit differences in α-smooth muscle actin expression, cytoskeletal pattern, and adhesive structure organization, Exp. Cell Res., 238, 481-490, https://doi.org/10.1006/excr.1997.3868.
  24. Goffin, J. M., Pittet, P., Csucs, G., Lussi, J. W., Meister, J. J., and Hinz, B. (2006) Focal adhesion size controls tension-dependent recruitment of α-smooth muscle actin to stress fibers, J. Cell Biol., 172, 259-268, https://doi.org/10.1083/jcb.200506179.
  25. Younesi, F. S., and Hinz, B. (2024) The myofibroblast fate of therapeutic mesenchymal stromal cells: regeneration, repair, or despair? Int. J. Mol. Sci., 25, 8712, https://doi.org/10.3390/ijms25168712.
  26. Shum, M. S., Pasquier, E., Po’uha, S. T., O’Neill, G. M., Chaponnier, C., Gunning, P. W., and Kavallaris, M. (2011) γ-Actin regulates cell migration and modulates the ROCK signaling pathway, FASEB J., 25, 4423-4433, https://doi.org/10.1096/fj.11-185447.
  27. Lechuga, S., Baranwal, S., Li, C., Naydenov, N. G., Kuemmerle, J. F., Dugina, V., Chaponnier, C., and Ivanov, A. I. (2014) Loss of γ-cytoplasmic actin triggers myofibroblast transition of human epithelial cells, Mol. Biol. Cell, 25, 3133-3146, https://doi.org/10.1091/mbc.E14-03-0815.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».