ناهمگنی متابولیکی وابسته به تراکم در سلولهای بنیادی مزانشیمی
تاریخ انتشار: ﺳﻪشنبه 27 مرداد 1394
| امتیاز:
سلولهای بنیادی مزانشیمی انسانی (hMSCs) ذاتا ناهمگن هستند و شامل زیرجمعیت هایی می باشندکه در تکثیر خود ، چندتوانی و ویژگی های عملکردی متفاوت می باشند که معمولا با کشت hMSCs در تراکم های مختلف اثبات شده است. هدف از این مطالعه، بررسی پروفیل متابولیکی زیرجمعیت های مختلف hMSC با آزمایش این فرضیه بود که زیرجمعیت های کلنی زای سلولهای بنیادی مزانشیمی که بطور انتخابی در کشت با تراکم کلونال (CD) و تراکم کم (LD) (10 و 100 سلول در هر سانتی متر مربع ، به ترتیب) تکثیر شده اند، دارای فنوتیپ متابولیکی متفاوت از hMSC کشت یافته با تراکم متوسط و بالا (MD: 1000 و 3000: HD سلول در هر سانتی متر مربع) هستند. سلول ها در شرایط CD و LD بیان بالایی از CD146 و واحد تشکیل دهنده کلنی فیبروبلاستی را در مقایسه با سلول ها در شرایط MD یا HD داشتند. پروفایل متابولیکی کلی آشکار شده توسط طیف سنجی جرمی کروماتوگرافی گازی عصاره سلولی تفاوت روشنی را بین کشت LD و HD نشان داد و تفاوت های وابسته به تراکم را در جفت گلیکولیز تا چرخه TCA نشان داد. مهار کننده های متابولیک تفاوت های وابسته به تراکم را در گلیکولیز در مقابل فسفوریلاسیون اکسیداتیو (OXPHOS) برای تولید ATP، در متابولیسم گلوتامین، در وابستگی به مسیر پنتوز فسفات برای حفظ وضعیت اکسیداتیو سلولی و حساسیت به گونه های اکسیژن فعال اگزوژن نشان داد. ما همچنین نشان دادیم که OXPHOS فعال برای تکثیر در کشت LD لازم نیست اما فعالیت OXPHOS پیری را در کشت HD افزایش می دهد. در مجموع نتایج نشان داد که ناهمگنی درکشت hMSC در سطح متابولیسم اولیه وجود دارد. ویژگی های منحصر به فرد متابولیکی زیرجمعیت های کلنی زا یک روش جدید را برای بهینه سازی تکثیر آزمایشگاهی hMSCs پیشنهاد می کند.
Stem Cells. 2015 Aug 14. doi: 10.1002/stem.2097. [Epub ahead of print]
Density-Dependent Metabolic Heterogeneity in Human Mesenchymal Stem Cells.
Liu Y1, Muñoz N2, Bunnell BA3, Logan TM2,4, Ma T1,2.
Abstract
Human mesenchymal stem cells (hMSCs) are intrinsically heterogeneous and comprise subpopulations that differ in their proliferation, multi-potency, and functional properties, which are commonly demonstrated by culturing hMSCs at different plating densities. The objective of this study was to investigate the metabolic profiles of different subpopulations of hMSC by testing the hypothesis that the clonogenic hMSC subpopulation, which is selectively enriched in clonal density (CD) and low density (LD) culture (10 and 100 cells per square centimeter, respectively), possesses a metabolic phenotype that differs from that of hMSC in medium- or high-density (MD: 1,000 and HD: 3,000 cells per square centimeter, respectively).Cells at CD and LD conditions exhibited elevated expression of CD146 and colony forming unit-fibroblast compared with cells at MD- or HD. Global metabolic profiles revealed by gas chromatography-mass spectrometry of cell extracts showed clear distinction between LD and HD cultures, and density-dependent differences in coupling of glycolysis to the TCA cycle. Metabolic inhibitors revealed density-dependent differences in glycolysis versus oxidative phosphorylation (OXPHOS) for ATP generation, in glutamine metabolism, in the dependence on the pentose phosphate pathway for maintaining cellular redox state, and sensitivity to exogenous reactive oxygen species. We also show that active OXPHOS is not required for proliferation in LD culture but that OXPHOS activity increases senescence in HD culture. Together, the results revealed heterogeneity in hMSC culture exists at the level of primary metabolism. The unique metabolic characteristics of the clonogenic subpopulation suggest a novel approach for optimizing in vitro expansion of hMSCs
PMID: 26274841