خلاصه:

هدف: افزایش بیان microRNA 16 (miR-16) در تمایز سلول های بنیادی مزانشیمی مغز استخوان انسان (hMSCs) به فنوتیپ های میوژنی در یک نیچ قلبی نقش دارد. هدف از مطالعه حاضر، تعیید نقش miR-16 در این فرآیند است.

روش های تحقیق: hMSCها و میوسیت های بطنی رت نوزاد در یک سیستم متشکل از دو محفظه مجزا به صورت غیرمستقیم کشت همزمان داده شدند تا محیط یا نیچ قلبی شبیه سازی شود. پروفایل بیان miRNA در hMSCهای القا شده در نیچ قلبی با miRNA microarray بررسی شد. بیان مارکر قلبی و آنالیز چرخه سلولی در hMSCهایی با تیمارهای مختلف تعیین گردیدند. روش های real-time PCR کمی و وسترن بلات برای شناسایی بیان mRNA، miRNA بالغ و پروتیئن موردنظر مورد استفاده قرار گرفتند.

یافته های مهم: بعد از القای نیچ قلبی، تغییر تنظیم بیان miRNA در hMSCها مشاهده شد. بیان  miR-16 در hMSCهای القا شده در نیچ قلبی افزایش پیدا کرد. بیش بیان miR-16 به طور قابل توجهی توقف چرخه سلولی در فاز G1 را در hMSCها افزایش داده و بیان ژن مارکرهای قلبی شامل GATA4، NK2-5، MEF2C و TNNI3 را تقویت کرد. فاکتور 3 القاکننده تمایز (DIF-3) به عنوان یک ترکیب مهار چرخه سلولی در فاز G0/G1، جهت القای توقف فاز G1 در hMSCهای القا شده در نیچ قلبی مورد استفاده قرار گرفت. بیان ژن مارکرهای قلبی در hMSCهای تیمار شده با DIF-3 افزایش پیدا کرد. بیان CCND1، CCND2 و CDK6 در hMSCها توسط miR-16 سرکوب شد. ناک داون CDK6، CCND1 یا CCND2 به توقف فاز G1 در hMSCها و افزایش بیان مارکرهای قلبی در hMSCهای واقع در نیچ قلبی منجر شد.  

استدلال مهم: miR-16 باعث افزایش توقف فاز G1 در hMSCها شده و در تمایز hMSCها به فنوتیپ میوسیت ها در نیچ قلبی مشارکت دارد. این مکانیسم، راهکاری جدید برای تغییر hMSCها را پیش از پیوند آن ها جهت درمان بیماری های قلبی شدید ارائه می دهد. 

MicroRNA 16 enhances differentiation of human bone marrow mesenchymal stem cells in a cardiac niche toward myogenic phenotypes in vitro.

Abstract

AIM:

Upregulation of microRNA 16 (miR-16) contributed to the differentiation of human bone marrow mesenchymal stem cells (hMSCs) toward myogenic phenotypes in a cardiac niche, the present study aimed to determine the role of miR-16 in this process.

MAIN METHODS:

hMSCs and neonatal rat ventricular myocytes were co-cultured indirectly in two chambers to set up a cardiac microenvironment (niche). miRNA expression profile in cardiac-niche-induced hMSCs was detected by miRNA microarray. Cardiac marker expression and cell cycle analysis were determined in different treatment hMSCs. Quantitative real-time PCR and Western blot were used to identify the expression of mRNA, mature miRNA and protein of interest.

KEY FINDINGS:

miRNA dysregulation was shown in hMSCs after cardiac niche induction. miR-16 was upregulated in cardiac-niche-induced hMSCs. Overexpression of miR-16 significantly increased G1-phase arrest of the cell cycle in hMSCs and enhanced the expression of cardiac marker genes, including GATA4, NK2-5, MEF2C and TNNI3. Differentiation-inducing factor 3 (DIF-3), a G0/G1 cell cycle arrest compound, was used to induce G1 phase arrest in cardiac-niche-induced hMSCs, and the expression of cardiac marker genes was up-regulated in DIF-3-treated hMSCs. The expression of CCND1, CCND2 and CDK6 was suppressed by miR-16 in hMSCs. CDK6, CCND1 or CCND2 knockdown resulted in G1 phase arrest in hMSCs and upregulation of cardiac marker gene expression in hMSCs in a cardiac niche.

SIGNIFICANCE:

miR-16 enhances G1 phase arrest in hMSCs, contributing to the differentiation of hMSCs toward myogenic phenotypes when in a cardiac niche. This mechanism provides a novel strategy for pre-modification of hMSCs before hMSC-based transplantation therapy for severe heart diseases.