Влияние возраста на провоспалительные микроРНК, содержащиеся во внеклеточных везикулах, полученных из мезенхимальных стволовых клеток

Разработчик

Дж. Фафиан-Лабора, И. Лезенде-Родригез, Дж. Матеос, М. С. Аруфе и др.

Описание технологии

Перспективная роль мезенхимальных стволовых клеток (МСК) в клеточной терапии и тканевой инженерии, по-видимому, ограничена ввиду снижения их регенеративного потенциала при увеличении возраста доноров. Другими словами, стволовые клетки имеют значительные различия в профиле иммунного ответа, зависящие от возраста. При разработке данной технологии эти различия были проанализированы с помощью секвенирования нового поколения (NGS) в образцах мезенхимальных стволовых клеток костного мозга шести возрастных групп − у новорожденных, младенцев, детской, предпубертатной, пубертатной и взрослой возрастных групп − для того, чтобы оценить модификации экспрессии генов во время старения. Исследование было сосредоточено на группах детского, препубертатного и взрослого возраста, которые дали наибольшее количество дифференциально экспрессированных генов, связанных с воспалением, опосредованным сигнальными путями хемокинов и цитокинов, в сравнении с группой новорожденных, которая была использована в качестве контроля. В общей сложности 9,628 генов, отражающих дифференциальную экспрессию между возрастными группами, были сгруппированы в метаболические пути.

В последнее время сообщается о роли микроРНК в старении и иммуносорбции, а также об их значимости для внеклеточных везикул, полученных из мезенхимальных стволовых клеток, и о влиянии на их терапевтический потенциал. Внеклеточные везикулы, такие как экзосомы или микровезикулы, высвобождаются клетками в окружающую среду в виде частиц субмикронного размера, заключенных в фосфолипидный бислой. Было обнаружено, что внеклеточные везикулы опосредуют взаимодействия между клетками, опосредуют неклассическую секрецию белка, способствуют таким процессам, как презентация антигена, участвуют в передаче сигнала в соседние клетки и в транспорте РНК и белков. Обнаружение низкокопийных мРНК и малых РНК, включая микроРНК (miRNA), во внеклеточных везикулах из линий мышиных и человеческих тучных клеток (MC/9 и HMC-1, соответственно) послужило стимулом для исследований в этой области. Хотя мРНК и miRNA во внеклеточных везикулах неактивны, они могут становиться активными, когда внеклеточные везикулы трансфицируются в соседние клетки. Исследования показывают, что профиль экспрессии микроРНК внеклеточных везикул может отражать их диагностический/терапевтический потенциал.

В исследованиях, проведенных для создания этой технологии, внеклеточные везикулы, полученные из образцов каждой группы, были охарактеризованы путем трекинга с помощью наночастиц и анализа с применением проточной цитометрии. Кроме того, ряд микро-РНК был проверен с помощью количественной ПЦР в реальном времени ввиду их связи с метаболическими путями, представляющими интерес. Поскольку микроРНК-21-5p показали самый высокий статистически значимый уровень экспрессии во внеклеточных везикулах, полученных из мезенхимальных стволовых клеток предпубертатной группы, то был проведен эксперимент с функциональным ингибированием их экспрессии и исследованием модуляции Toll-подобного рецептора 4, а также их связи с молекулярными паттернами, связанными с повреждениями (DAMP). Toll-подобные рецепторы (TLRs) − важный компонент врожденного и адаптивного иммунного ответа − экспрессируются в мезенхимальных стволовых клетках и в производных от них внеклеточных везикулах во время старения. Передача сигналов TLR4 способствует специфичности ответа, приводя к увеличению транскрипции генов-мишеней NF-κB и AP-1, таких как IL-8, IL-6, IL- 1, TNF-α и IFN-β. Паттерны представляют собой молекулы, которые имеют физиологическую роль внутри клетки, но приобретают дополнительные функции, когда подвергаются воздействию внеклеточной среды, и они могут секретироваться живыми клетками, подвергшимися опасному для жизни стрессу.

В совокупности полученные результаты впервые показали, что внеклеточные везикулы, полученные из мезенхимальных стволовых клеток, имеют значительные возраст-зависимые различия их иммунных профилей.

Практическое применение

Полученные результаты дают представление о механизме старения мезенхимальных стволовых клеток, и предлагают возможные вмешательства в микроРНК для поддержания функции мезенхимальных стволовых клеток и полученных из них внеклеточных везикул перед их трансплантацией in vivo или при использовании их в качестве фармакологических агентов при болезни. В частности, ингибирование микроРНК-21 приводит к сверхэкспрессии Wnt5a, что сопровождается уменьшением маркера старения LMNA/C и предполагает роль микроРНК-21 в самообновлении и увеличении плюрипотентных возможностей мезенхимальных стволовых клеток.

Технология перспективна для применения во всех областях, связанных с применением стволовых клеток, и пригодна для поддержания их функциональности

Лаборатории

• Grupo de Terapia Celular y Medicina Regenerativa (TCMR-CHUAC). CIBER-BBN/ISCIII. Servicio de Reumatología, Instituto de Investigación Biomédica de A Coruña (INIBIC), Complexo Hospitalario Universitario de A Coruña (CHUAC), SERGAS, Departamento de Medicina, Facultade de Oza, Universidade de A Coruña (UDC), A Coruña (Spain)
• Grupo Fisiopatología Endocrina, Nutricional y Médica (FENM-CHUAC), Instituto de Investigación Biomédica de A Coruña (INIBIC), Complexo Hospitalario Universitario de A Coruña (CHUAC), SERGAS, Departamento de Medicina, Facultade de Oza, Universidade de A Coruña (UDC), A Coruña (Spain)
• Cardiology Department, Health in Code, A Coruña (Spain)
• Experimental Rheumatology, Radboudumc University Medical Center, Nijmegen (The Netherlands)

Ссылки

Публикации

• Fafián-Labora, J. et al. «Effect of age on pro-inflammatory miRNAs contained in mesenchymal stem cell-derived extracellular vesicles." 7 Scientific Reports (2017): 43923.
• Fafián-Labora, J. et al. «Influence of age on rat bone-marrow mesenchymal stem cells potential." 5 Sci Rep (2015): 16765.