Unravelling the interplay between substrate stiffness and YAP/TAZ pathways in cells for non-viral gene delivery applications

Non-viral gene delivery systems hold great promise for gene therapy, but their effectiveness is often hindered by challenges such as low cellular uptake and limited transfection efficiency. This thesis investigates the role of substrate stiffness in modulating non-viral gene delivery, with an emphasis on the mechanotransduction pathways regulated by YAP/TAZ signalling. Through a comprehensive analysis of how the mechanical properties of culture substrates influence cellular processes, this work demonstrates that varying stiffness levels significantly affect nuclear morphology, endocytosis, and ultimately gene delivery outcomes. YAP/TAZ, key downstream effectors of the Hippo Pathway, serve as mechanosensitive factors that translocate between the cytoplasm and nucleus in response to substrate rigidity, thereby influencing gene delivery efficiency. The results presented here offer new insights into the mechanisms governing the uptake of nanovectors, highlighting the role of in vitro culture conditions, including substrate stiffness, in modulating non-viral gene delivery and potentially improving therapeutic transfection outcomes.

I sistemi di trasfezione genica non virali rappresentano una strategia promettente per la terapia genica, tuttavia, la loro efficacia è spesso compromessa da limitazioni quali la scarsa internalizzazione cellulare e un'efficienza di trasfezione variabile. Questa tesi esplora il ruolo della rigidezza del substrato nel modulare i processi di trasfezione non virale, con particolare attenzione ai percorsi di meccano-trasduzione mediati dalla segnalazione YAP/TAZ. Attraverso un'analisi dettagliata delle interazioni tra le proprietà meccaniche dei substrati cellulari e i processi intracellulari, la ricerca evidenzia come la variazione dei livelli di rigidezza influenzi significativamente la morfologia nucleare, l'endocitosi e, conseguentemente, gli esiti della trasfezione. YAP/TAZ, effettori meccano-sensibili a valle della via di segnalazione Hippo, traslocano dinamicamente tra citoplasma e nucleo in risposta alle variazioni di rigidezza del substrato, modulando così l'efficienza della trasfezione genica. I risultati presentati offrono nuove prospettive sui meccanismi che regolano l'assorbimento dei nanovettori, evidenziando il ruolo delle condizioni di coltura in vitro, inclusa la rigidezza del substrato, nel migliorare l'efficacia delle strategie di trasfezione non virale e i potenziali risultati terapeutici.