تعهد تمایز سلول های بنیادی مزانشیمی موش توسط پویایی میتوکندری تنظیم می شود
تاریخ انتشار: جمعه 20 آذر 1394
| امتیاز:
سلول های بنیادی مزانشیمی پوست موش (msMSCs) پیش سازهای مزودرم CD105 + CD90+ CD73 + CD29 + CD34- درمی هستند که پس از القا در شرایط آزمایشگاهی به غضروف، استخوان و چربی تمایز می یابند. طی این تمایز یک پیکر بندی مجدد متابولیکی گسترده رخ می دهد، و مشخص شده است که وضعیت انرژی زیستی یک سلول وابسته به کیفیت و فراوانی جمعیت میتوکندریایی است که ممکن است با همجوشی و شکافت تنظیم شود. با این حال، در مورد اثر پویایی میتوکندری در فرایند تمایز شناخت کمی وجود دارد. ما با جدا سازی سلول های بنیادی مزانشیمی موش ماده سوئیسی، القای تمایز این سلول ها به استخوان، غضروف و چربی و اندازه گیری تغییرات در توده، مورفولوژی، پویایی و انرژی زیستی این شکاف دانشی را مورد بررسی قرار دادیم. پیدایش میتوکندری در چربی زایی افزایش یافت که از طریق میکروسکوپ کانفوکال ، فعالیت سیترات سنتاز و محتوای mtDNA ارزیابی شد. مراحل اولیه چربی زایی و استخوان سازی با افزایش طول میتوکندری و همچنین افزایش بیان پروتئین فیوژن میتوکندری Mfn1 و 2 همراه بود. غضروف زایی با یک فنوتیپ فراگمنته میتوکندری ، افزایش بیان پروتئین های شکافت Drp1، Fis1 و 2 و افزایش میتوفاگی همراه بود. این وقایع با تغییرات انرژی زیستی برجسته در طول دوره تعهد همراه بود. علاوه بر این، کاهش بیان Mfn2 در چربی زایی و استخوان سازی و بیان بیش از حد یک شکل منفی غالب Drp1 در طول غضروف زایی منجر به از دست دادن توانایی تمایز شد. به طور کلی، در می یابیم که مورفولوژی میتوکندری و تنظیم فرآیندهای شکافت / همجوشی آن در ابتدا و در طول تعهد تنظیم شده و منجر به تغییرات در پروفایل انرژی زیستی می شود که برای تمایز مهم است. ما به این ترتیب نقش محوری پویایی میتوکندری را در حفظ / تعهد سلول های بنیادی مزانشیمی نشان دادیم.
Stem Cells. 2015 Dec 6. doi: 10.1002/stem.2248. [Epub ahead of print]
Murine Mesenchymal Stem Cell Commitment to Differentiation is Regulated by Mitochondrial Dynamics.
Forni MF1, Peloggia J1, Trudeau K2, Shirihai O2, Kowaltowski AJ1.
Abstract
Mouse skin mesenchymal stem cells (msMSCs) are dermis CD105+ CD90+ CD73+ CD29+ CD34- mesodermal precursors which, after in vitro induction, undergo chondro, adipo and osteogenesis. Extensive metabolic reconfiguration has been found to occur during differentiation, and the bioenergetic status of a cell is known to be dependent on the quality and abundance of the mitochondrial population, which may be regulated by fusion and fission. However, little is known regarding the impact of mitochondrial dynamics on the differentiation process. We addressed this knowledge gap by isolating MSCs from Swiss female mice, inducing these cells to differentiate into osteo, chondro and adipocytes and measuring changes in mass, morphology, dynamics and bioenergetics. Mitochondrial biogenesis was increased in adipogenesis, as evaluated through confocal microscopy, citrate synthase activity and mtDNA content. The early steps of adipo and osteogenesis involved mitochondrial elongation, as well as increased expression of mitochondrial fusion proteins Mfn1 and 2. Chondrogenesis involved a fragmented mitochondrial phenotype, increased expression of fission proteins Drp1, Fis1 and 2 and enhanced mitophagy. These events were accompanied by profound bioenergetic alterations during the commitment period. Moreover, knockdown of Mfn2 in adipo and osteogenesis and the overexpression of a dominant negative form of Drp1 during chondrogenesis resulted in a loss of differentiation ability. Overall, we find that mitochondrial morphology and its regulating processes of fission/fusion are modulated early on during commitment, leading to alterations in the bioenergetic profile that are important for differentiation. We thus propose a central role for mitochondrial dynamics in the maintenance/commitment of mesenchymal stem cells.
PMID: 26638184