ناک دان کردن مهارکننده چرخه سلولیp21 تشکیل غضروف بوسیله سلول های بنیادی پرتوان القایی را تقویت می کند
تاریخ انتشار: چهارشنبه 22 اردیبهشت 1395
| امتیاز:
ظرفیت بازسازی محدود غضروف مفصلی منجر به اختلال عملکرد پیش رونده مفصل مرتبط با آسیب غضروفی و استئوآرتریت می شود. مهندسی بافت غضروف به دنبال ارائه جایگزین زیستی برای ترمیم غضروف آسیب دیده و بیمار است، اما نیاز به منبع سلولی با ظرفیت تکثیر شدید بدون از دست رفتن پتانسیل غضروف زایی دارد. در این مطالعه، ما فرض کردیم که بیان کاهش یافته مهارکننده چرخه سلولی p21 پتانسیل تکثیر کنندگی و غضروف زایی سلول های بنیادی پرتوانی القایی تمایز یافته را تقویت می کند. سلول های بنیادی پرتوان القایی موشی برای تمایز به سمت رده های غضروف زا با استفاده از یک پروتکل تثبیت شده هدایت شدند و سپس برای بیان یک shRNA مهندسی شدند تا بیان p21 را کاهش دهند. سلول های بیان کننده p21 shRNA در کشت ها پلت، پتانسیل تکثیری بالاتری را طی تکثیر تک لایه و سنتز افزایش یافته گلیکوز آمینوگلیکان ها(GAGs) نشان دادند. علاوه براین، این سلول ها می توانند با سه پاساژ اضافی تا 150 برابر و بدون کاهش تولید گلیکوزآمینوگلیکان ها تکثیر یابند و این در حالی است که سلول های کنترل با گذشت سه پاساژ، پتانسیل کاهش یافته ای از سنتز گلیکوز آمینوگلیمان ها را نشان دادند. در پلت های مشتق از سلول های شدیدا تکثیر یافته، ناک دان کردن p21 کاهش سریع تعداد سلولی که در سلول های کنترل اتفاق می افتند را افزایش داد و آنالیز های ایمونوهیستوشیمی نشان داد که ناک دان کردن p21 تولید کلاژن های نوع یک و 10 را محدود کرد و این در حالی است که سنتز کلاژن نوع دو ویژه غضروف حفظ شد. این یافته ها پیشنهاد می کند که دستکاری چرخه سلولی می تواند تکثیر تک لایه ای را تقویت کند و ظرفیت غضروف زایی سلول های بنیادی پرتوان القایی تمایز یافته را حفظ کند و استراتژی را برای تقویت مهندسی بافت غضروفی مبتنی بر سلول های بنیادی پرتوان القایی را ارائه دهد.
Tissue Eng Part A. 2015 Apr;21(7-8):1261-74. doi: 10.1089/ten.TEA.2014.0240. Epub 2015 Jan 23.
Knockdown of the cell cycle inhibitor p21 enhances cartilage formation by induced pluripotent stem cells.
Diekman BO1, Thakore PI, O'Connor SK, Willard VP, Brunger JM, Christoforou N, Leong KW, Gersbach CA, Guilak F.
Abstract
The limited regenerative capacity of articular cartilage contributes to progressive joint dysfunction associated with cartilage injury or osteoarthritis. Cartilage tissue engineering seeks to provide a biological substitute for repairing damaged or diseased cartilage, but requires a cell source with the capacity for extensive expansion without loss of chondrogenic potential. In this study, we hypothesized that decreased expression of the cell cycle inhibitor p21 would enhance the proliferative and chondrogenic potential of differentiated induced pluripotent stem cells (iPSCs). Murine iPSCs were directed to differentiate toward the chondrogenic lineage with an established protocol and then engineered to express a short hairpin RNA (shRNA) to reduce the expression of p21. Cells expressing the p21 shRNA demonstrated higher proliferative potential during monolayer expansion and increased synthesis of glycosaminoglycans (GAGs) in pellet cultures. Furthermore, these cells could be expanded ∼150-fold over three additional passages without a reduction in the subsequent production of GAGs, while control cells showed reduced potential for GAG synthesis with three additional passages. In pellets from extensively passaged cells, knockdown of p21 attenuated the sharp decrease in cell number that occurred in control cells, and immunohistochemical analysis showed that p21 knockdown limited the production of type I and type X collagen while maintaining synthesis of cartilage-specific type II collagen. These findings suggest that manipulating the cell cycle can augment the monolayer expansion and preserve the chondrogenic capacity of differentiated iPSCs, providing a strategy for enhancing iPSC-based cartilage tissue engineering.
PMID: 25517798