Matilda Nifelt Hägerström1, Emma Rörby1, Gillian May2, Alex Tipping2, John Brown2, Göran Karlsson2, Tariq Enver2, Stefan Karlsson1
1Molecular Medicine and Gene Therapy, Lund Stem Cell Center, Lund University, Lund, Sweden
2Stem Cell Laboratory, UCL Cancer Institute, London, United Kingdom
Tóm tắt
Tóm tắt
Tế bào gốc huyết học (HSC) có khả năng phát sinh ra tất cả các loại tế bào khác nhau của hệ thống máu và đồng thời duy trì quần thể tế bào gốc trong suốt vòng đời của cơ thể. Để phục vụ cho các mục đích lâm sàng, việc mở rộng các HSC nguyên thủy nhất trong môi trường nuôi cấy mà không đánh mất khả năng của chúng là điều rất có lợi. Tuy nhiên, điều này đòi hỏi có thêm hiểu biết về các yếu tố điều chỉnh quyết định số phận HSC, bao gồm cả khả năng tự làm mới. Yếu tố tăng trưởng biến đổi β (TGFβ) là một chất ức chế mạnh mẽ sự sinh sản của HSC trong ống nghiệm (Batard et al. JCS, 2000; Keller et al. Blood, 1990; Sitnicka et al. Blood, 1996) và con đường tín hiệu TGFβ đã được chứng minh là được kích hoạt trong HSC trong cơ thể sống (Yamazaki et al. Blood, 2009). Cùng với sự mất khả năng tự làm mới quan sát được ở HSC Smad4 KO (Karlsson et al. JEM, 2007), điều này gợi ý rằng TGFβ có vai trò giữ HSC trong trạng thái ngủ đông. Các cơ chế nền tảng cho hiệu ứng này vẫn còn phần lớn chưa được biết đến, mặc dù chất ức chế chu kỳ tế bào p57 đã được chứng minh có vai trò quan trọng trong việc TGFβ gây ra ngừng chu kỳ tế bào của các tế bào huyết học người nguyên phát (Scandura et al. PNAS, 2004). Các HSC kéo dài ở chuột (lineage−, sca1+, ckit+ (LSK)CD34−) đã được báo cáo là biểu hiện nồng độ cao p57, trong khi các HSC ngắn hạn (LSKCD34+) thì không (Yamazaki et al. EMBO J, 2006). Ở đây, chúng tôi nhằm mục đích xác định thêm và kiểm tra chức năng các mục tiêu gen của tín hiệu TGFβ trong các tế bào gốc/tế bào tiên thể huyết học (HS/PC).
Theo đúng như các nghiên cứu trước đây, phân tích qPCR của các HS/PC chuột được phân loại tươi cho thấy sự gia tăng p57 (2.8±1.2 lần, P=0.045) sau khi điều trị bằng TGFβ (10ng/ml) cho các tế bào LSKCD34+. Tuy nhiên, sự biểu hiện p57 trong các tế bào LSKCD34− không bị ảnh hưởng bởi việc điều trị TGFβ. Thêm vào đó, sự gia tăng p57 do TGFβ gây ra đã bị chậm lại (5h) và có thể bị giảm hiệu quả bởi điều trị cycloheximide, hàm ý rằng việc kích hoạt p57 là một phản ứng thứ cấp với TGFβ. Để xác định các mục tiêu sớm của tín hiệu TGFβ, chúng tôi đã tiến hành phân tích microarray 2h sau khi điều trị TGFβ trên các tế bào Lhx2, một dòng tế bào huyết học chuột nguyên thủy có tiềm năng tái cấu trúc đa dòng trong cơ thể sống (Pinto et al. Blood, 2002) và tạo ra một cơ sở dữ liệu về các gen biểu hiện khác nhau có liên quan đến sự sinh sản HS/PC và có thể là trạng thái nghỉ của HSC. Đặc biệt, chúng tôi quan sát thấy sự gia tăng của yếu tố phiên mã Gata2, đã được mô tả trước đây như một yếu tố điều chỉnh quan trọng đối với chức năng HSC (Rodrigues et al. Blood, 2005; Tipping et al. Blood, 2009). Để xác nhận phát hiện này trong các tế bào nguyên phát, chúng tôi đã thực hiện phân tích qPCR trên các HS/PC chuột được phân loại tươi và phát hiện sự gia tăng mRNA Gata2 (2.0±0.2 lần, P=0.004) sau khi điều trị TGFβ cho các tế bào LSKCD34+, trong khi các tế bào LSKCD34− không bị ảnh hưởng. Quan trọng là, sự gia tăng Gata2 vẫn được quan sát thấy sau khi điều trị cycloheximide, hàm ý rằng Gata2 là một đích trực tiếp của tín hiệu TGFβ. Hơn nữa, sự kích hoạt mạnh mẽ của cả Gata2 và p57 trong biểu hiện gen ở các tế bào LSKCD34+ không được quan sát trong các HS/PC Smad4−/− đã được điều trị TGFβ, cho thấy rằng việc điều chỉnh TGFβ gây ra của hai gen này được trung gian thông qua tín hiệu TGFβ/Smad cổ điển.
Do đó, vì Gata2 có liên quan đến vai trò trong trạng thái nghỉ của HSC, chúng tôi muốn so sánh mức độ mRNA Gata2 trong các quần thể HS/PC khác nhau, để xem liệu sự biểu hiện có tương quan với tính nguyên thủy của HSC hay không. Các tế bào BM chuột đã được phân loại thành 3 phần tử tế bào dựa trên các dấu hiệu bề mặt: LSKCD34− CD48− CD150+, LSKCD34− và LSKCD34+ tế bào. Phân tích qPCR cho thấy mức độ mRNA Gata2 cao hơn 1.6 lần (P<0.02) trong các tế bào nguyên thủy nhất LSKCD34− CD48− CD150+ so với các tế bào LSKCD34−, và quần thể này lại cao hơn 2.9 lần (P<0.001) mức độ Gata2 so với các tế bào LSKCD34+. Xu hướng tương tự cũng được tìm thấy khi đo lường mức độ mRNA của p57 trong các quần thể này. Các tế bào LSKCD34− CD48− CD150+ có 3.1 lần (P<0.02) mức độ p57 cao hơn so với các tế bào LSKCD34−, mà nhìn chung có 7.4 lần (P<0.03) mức độ cao hơn so với các tế bào LSKCD34+. Điều này rõ ràng cho thấy một mối tương quan giữa diễn xuất Gata2 và p57 với tính nguyên thủy của các HSC. Tổng thể, kết quả của chúng tôi cho thấy Gata2 và p57 là những môi giới của phản ứng TGFβ qua Smad trong HSC. Chúng tôi giả định rằng có một mạng lưới phiên mã, điều chỉnh Gata2, p57 và tín hiệu TGFβ, có tầm quan trọng chức năng trong việc giữ các tế bào gốc ở trạng thái nghỉ. Chúng tôi hướng tới việc làm rõ mạch điều chỉnh này và nghiên cứu thêm về tính liên quan chức năng của nó trong sự sinh sản và tự làm mới của HSC.
Thông báo:
Không có xung đột lợi ích nào liên quan để công bố.
