C-vitamiini vananemisvastane toime inimese pluripotentsetele tüvirakkudest pärinevatele kardiomüotsüütidele Ⅱ

Arutelu

Biomeditsiinilised uuringud otsivad nähtustele selgitusiinimese ainevahetust ja selle mehhanisme. Seeteadustöö vajab inimrakke kehast's mitmesugusedelundisüsteemid; siiski kliinilistel ja eetilistel põhjustel,eluskudesid inimkehast endast ei saa praktiliseltomandati biomeditsiinilise alusuuringunamudel. hESC-d, mis on saadud an sisemisest rakumassistembrüo (Thomson et al.1998) ja sellest tuletatud hiPSC-dpatsient's fibroblastid (Takahashi et al.2007) saab teenindadasobivate alternatiividena inimuuringutele tänu nendepäritolu ja arengupotentsiaal (Pera et al.2000; Reubinoff et al.2000). Inimese tüvirakkude derivaadidnäiteks südamerakud on ainulaadsed ja reprodutseeritavadinimarengu bioloogias kasutatav rakumudel,biomeditsiinilised uuringud ja farmaatsiauuringud.

Klõpsake siin, et teada saada Cistanche vananemisvastane vs vitamiin

Vananemine on üldine nähtus, mis mõjutab somaatilisirakud ja viib rakkude ja keha funktsioonide vähenemiseni,mida esindabtelomeeride lühenemine, koguneminemutatsioonidest, jamitokondrite arengdüsfunktsioon(Goldstein1990; Finkel ja Holbrook2000). Vananemisnähtus on ajaliselt ulatuslik;seega inimkeharakkude vananemist käsitlevad uuringudon raske läbi viia.Kardiomüotsüütide vananemineonpõhjustatud vanusest, reaktiivsete oksüdatiivsete osakeste moodustumine, jamitokondriaalne kahjustus(Terman et al.2004; Termanja Brunk2005). Need efektid on reprodutseeritavadkardiomüotsüütide in vitro kultuurid.

Siin demonstreerisime vananemisnähtust aastalhPSC-st tuletatud CM-id. Inimese PSC-st pärinevad CM-id on sponüheaegselt vanandatud in vitro kultiveerimistingimustes. 24. päevrakkudel ilmnes vanusele spetsiifilisem pigmenteerunud välimus12. ja 18. päeval. Need morfoloogilisedmuutused korreleerusid ekspressiooni vähenemisegarakutsükliga seotud geenid, aeglasem löögisagedus ja madalmitokondriaalse membraani potentsiaalid. Väljendtsükliini geenide arv vähenes ajast sõltuval viisil.See tsükliini geenide allareguleerimine meie uuringus olisarnane teadaolevate üldiste muutustega vananemisesmolekulaarne tase (Sheydina et al.2011). Meie leidaeglasem peksmine vananenud rakkudes oli kooskõlas meiegaeelmine aruanne (Kim et al.2011). Mõõtsime mitokondriaalseidfunktsionaalsus, kasutades värvi JC-1 24. päeval jaleidis, et ainult 30 protsenti diferentseerunud rakkudest säilismitokondriaalne funktsioon. Lisaks väljendustelomeere kodeerivaid geene reguleeriti alla.

Huvitav avastus on see vähem silmapaistev funktsioonvananemisest ja C-vitamiinist's täheldati vastupidist mõjuhiPSC-st tuletatud CM-is. Inimese iPSC-d on täiskasvanudsomaatilised rakud, mis on ümber programmeeritud pluripotentseksosariik (Yu et al.2007) kohaletoimetamise kaudueksogeensed pluripotentsustegurid (Takahashi et al.2007). Nende tuletamise olemuse tõttu on iPSC-dpeetakse erineva epigeneetilise seisundigaESC-dest (Chin et al.2009) ja ka demonstreeridavähenenud eristamise tõhusus konkreetseks liiniksvanused (Mauritz et al.2008). Eksogeenne ümberprogrammsomaatilistesse rakkudesse sisestamiseks valitud faktorid võivadseda leidu arvesse võtta. Ümberprogrammeeritud hiPSC-del onnäidatud mittetäielikku ümberprogrammeerimist või varajast vananemistin vitro diferentseerumise ajal võrreldes hESC-dega(Hanna jt.2010). Seega näivad hESC-st tuletatud CM-d olevatsobima paremini vananemise või sellega seotud uurimiseksuurimine.

C-vitamiinil on palju vananemisvastases rollis janäidatudkardiovaskulaarsüsteemi kaitsev toime(Zhou jt.2006; Luiking et al.2010). Kasutasime erinevaid kontsentratsiooneC-vitamiini, et näidata neid vananemisvastaseidmõju hESC-st tuletatud CM-dele. C-vitamiini ravimõjutas hESC-st tuletatud CM-de peksmise sagedustja leevendas hESC-st tuletatud CM-ide tendentsivanusega aeglasemalt peksmine. Lisaks ravikoos C-vitamiiniga mõjutas vananemisega seotud väljendumistgeenid ja mitokondriaalne funktsioon hESC-st tuletatudCM-id. Esiteks muutused hTERT-is, hTR-is jaTäheldati TRF2. Inimese TR (hTR) ja hTERTkodeerivad inimese telomeraasiga seotud RNA-d ja valku,vastavalt. Nende roll vananemisel on hästi teada(Hiyama jt.1995), kuna mõlemad geenid on seotudtelomeerid ja telomeraas (Huffman et al.2000; Blackburn2001). Meie uuringus ravi vitamiinigaC erinevates etappides suurendas ekspressioonihTERT. Inimese TR ekspressioon suurenes ka hilises staadiumishESC-st tuletatud CM-id. Need tulemused näitavadet C-vitamiinil on otsene mõju telomeraasi aktiivsuselehESC-st tuletatud CM-des. Lisaks võib C-vitamiinsuurendada telomeraasiga seotud geenide transkriptsiooni,ja see vananemisvastane toime võib olla etapist sõltuvvanuses hESC-st tuletatud CM-id. TRF2 ekspressioon dramaatiliseltsuurenenud hESC-st tuletatud hilises staadiumisC-vitamiiniga ravitud CM-sid ja need tulemused näitavadet TRF2 mängib rolli geneetilises regulatsioonisvanuses hESC-st tuletatud CM-id. TRF2 aktiivsus on seotudvananemine somaatilistes rakkudes, mis viitab veelgiVananemisvastaneC-vitamiini mõju.

Samuti täheldasime C-vitamiini mõju mitokondritelemembraani potentsiaal. Vananemisvastane toimeC-vitamiin korreleerus peksmissageduse taastumisegahESC-st tuletatud CM-id. Kokkuvõttes näitavad need tulemusedet C-vitamiini tuntud kardioprotektiivne rollkehtib ka hESC-st tuletatud CM-de kohta in vitro. Hulgastestitud tingimused, C-vitamiini ravi 100 juuresμM jaoks48 h oli kõige tõhusam ja see kontsentratsioon on lähedalsoovitatav toidukogus C-vitamiini. Needtulemused toetavad tugevalt hESC-st tuletatud valideerimistCM-id elujõulise rakuallikana, mis võib olla ainulaadneinimese südamerakkude vananemise mudel.

Kokkuvõtteks oleme näidanud, et hESC-st tuletatudCM-id sobivad kasutamiseks alternatiivse mudelinavananemine inimese südamerakkudes. See mudel võib ollalaiendati teistele biomeditsiiniuuringute valdkondadele kuialternatiiv primaarsetele inimese südamerakkudele ja mitmesugusedSeega saab vananemisvastaseid kandidaatfaktoreid uuridahESC-st tuletatud CM-id tulevikus.

TänuavaldusedSeda tööd toetas stipendiumKorea tervisetehnoloogia uurimis- ja arendusprojekt, tervishoiuministeerium jaWelfare, Korea Vabariik (A111539) ja Basic ScienceUurimisprogramm riikliku teadusfondi kauduKorea (NRF) rahastab Haridus-, Teadus- jaTehnoloogia (2012-0004131). Autorid hindavad siirusttehniline abi Myung Soo Cho, Sun Mi Baek, Jun BeomKu ja Yong Jin Kim.

Viited

Blackburn EH (2001) Lülitamine ja signaalimine telomeeril.Lahter 106:661–673 

Chin MH, Mason MJ, Xie W, Volinia S, Singer M, Peterson C,Ambartsumyan G, Aimiuwu O, Richter L, Zhang J,Hvorostov I, Ott V, Grunstein M, Lavon N, BenvenistyN, Croce CM, Clark AT, Baxter T, Pyle AD, Teitell MA,Pellegrini M, Plath K, Lowry WE (2009) Indutseeritud pluripotenteristatakse tüvirakke ja embrüonaalseid tüvirakkegeeniekspressiooni allkirjade järgi. Raku tüvirakk 5:111–123

Finkel T, Holbrook NJ (2000) Oksüdandid, oksüdatiivne stress javananemise bioloogia. Nature 408:239–247 Goldstein S (1990) Replikatiivne vananemine: inimese fibroblastsaab täisealiseks. Science 249:1129–1133

Hanna JH, Saha K, Jaenisch R (2010) Pluripotency and cellularümberprogrammeerimine: faktid, hüpoteesid, lahendamata probleemid. Kamber143:508–525 Hiyama E, Yokoyama T, Tatsumoto N, Hiyama K, Imamura Y,Murakami Y, Kodama T, Piatyszek MA, Shay JW,Matsuura Y (1995) Telomeraasi aktiivsus maovähi korral.Cancer Res, 55:3258–3262 

Huffman KE, Levene SD, Tesmer VM, Shay JW, Wright WE(2000) Telomeeride lühenemine on võrdeline suurusegaG-rikas telomeerne 3′- üleulatuvus. J Biol. Chem. 275:19719–19722 

Kehat I, Kenyagin-Karsenti D, Snir M, Segev H, Amit M,Gepstein A, Livne E, Binah O, Itskovitz-Eldor J, GepsteinL (2001) Inimese embrüonaalsed tüvirakud võivad diferentseerudasüdame struktuursete ja funktsionaalsete omadustega müotsüüdidmüotsüüdid. J Clin Invest 108:407–414

Kim YY, Ku SY, Jang J, Oh SK, Kim HS, Kim SH, Choi YM,Moon SY (2008) Pikaajalise kultiveeritud embrüo kasutaminekehad võivad suurendada kardiomüotsüütide diferentseerumistBMP2. Yonsei Med J 49:819–827 

Kim YY, Ku SY, Liu HC, Cho HJ, Oh SK, Moon SY, Choi YM(2011) Inimese embrüonaalsete tüvirakkude külmsäilitamineseerumivaba BMP2 poolt indutseeritud tuletatud kardiomüotsüüdidtingimus. Reprod Sci 18:252–260

Laflamme MA, Murry CE (2005) Südame taastamine. NatBiotechnol. 23:845–856 Luiking YC, Engelen MP, Deutz NE (2010) Lämmastiku reguleerimineoksiidide tootmine tervise ja haiguste korral. Curr Opin ClinNutr Metab Care 13:97–104

Mauritz C, Schwanke K, Reppel M, Neef S, Katsirntaki K,Maier L, Nguemo F, Menke S, Haustein M, Hescheler J,Hasenfuss G, Martin U (2008) Generation offunctionalhiire südame müotsüüdid indutseeritud pluripotentsest tüvestrakud. Tiraaž 118:507–517

Mummery C, Ward-van Oostwaard D, Doevendans P, Spijker R,van den Brink S, Hassink R, van der Heyden M, Opthof T,Pera M, de la Riviere AB, Passier R, Tertoolen L (2003)Inimese embrüonaalsete tüvirakkude diferentseerumine kardiomüotsüütideks: kokultuuri roll vistseraalse endodermi sarnasegarakud. Tiraaž 107:2733–2740

Oh SK, Kim HS, Ahn HJ, Seol HW, Kim YY, Park YB, Yoon CJ,Kim DW, Kim SH, Moon SY (2005a) Tuletamine ja iseloomustamineuutest inimese embrüonaalsetest tüvirakuliinidest: SNUhES1,SNUhES2 ja SNUhES3. Tüvirakud 23:211–219 Oh SK, Kim HS, Park YB, Seol HW, Kim YY, Cho MS, Ku SY,Choi YM, Kim DW, Moon SY (2005b) Laienemismeetodidinimembrüo tüvirakkudest. Tüvirakud 23:605–609 Pera MF, Reubinoff BE, Trounson A (2000) Inimese embrüonaalnetüvirakud. J Cell Sci, 113:5–10