Chức năng tế bào gốc/progenitor có nguồn gốc từ cơ trong chuột progeroid thiếu Zmpste24 hạn chế sự phục hồi cơ

Stem Cell Research & Therapy - Tập 4 - Trang 1-9 - 2013
Minjung Song1, Mitra Lavasani1,2, Seth D Thompson1, Aiping Lu1, Bahar Ahani1, Johnny Huard1,2,3
1Stem Cell Research Center, Department of Orthopaedic Surgery, University of Pittsburgh School of Medicine, Pittsburgh, USA
2Department of Bioengineering, University of Pittsburgh Swanson School of Engineering, Pittsburgh, USA
3Department of Microbiology and Molecular Genetics, University of Pittsburgh School of Medicine, Pittsburgh, USA

Tóm tắt

Sự suy giảm chức năng tế bào gốc trưởng thành trong quá trình lão hóa góp phần gây cản trở quá trình phục hồi mô. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã kiểm tra sự suy giảm tiềm năng phục hồi của các tế bào gốc trưởng thành nằm trong mô cơ liên quan đến lão hóa. Chúng tôi đã phân lập các tế bào gốc/progenitor có nguồn gốc từ cơ (MDSPCs) từ chuột progeroid thiếu Zmpste24 (Zmpste24-/-) với các kiểu hình lão hóa nhanh chóng để điều tra xem liệu đột biến ở lamin A có ảnh hưởng tiêu cực đến chức năng của tế bào gốc/progenitor cơ hay không. Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng MDSPCs phân lập từ chuột Zmpste24-/- thể hiện sự giảm phân bào và sự biệt hoá cơ. Thêm vào đó, MDSPCs Zmpste24-/- cho thấy khả năng phục hồi cơ bị suy giảm, với tiềm năng ghép hạn chế khi được cấy ghép vào mô cơ bị loạn dưỡng, so với MDSPCs loại hoang dã (WT). Việc tiếp xúc các MDSPCs progeroid Zmpste24-/- với các MDSPCs WT đã cứu vãn được sự thiếu hụt biệt hoá cơ trong môi trường in vitro. Những kết quả này chứng tỏ rằng sự rối loạn chức năng của tế bào gốc/progenitor trưởng thành góp phần gây cản trở sự phục hồi mô và cho thấy rằng các yếu tố được tiết ra từ các tế bào chức năng thực sự quan trọng cho hiệu ứng điều trị của tế bào gốc trưởng thành.

Từ khóa

#tế bào gốc trưởng thành #đau có nguồn gốc từ cơ #lão hóa #Zmpste24 #phục hồi mô #chức năng tế bào gốc

Tài liệu tham khảo

Merideth MA, Gordon LB, Clauss S, Sachdev V, Smith AC, Perry MB, Brewer CC, Zalewski C, Kim HJ, Solomon B, Brooks BP, Gerber LH, Turner ML, Domingo DL, Hart TC, Graf J, Reynolds JC, Gropman A, Yanovski JA, Gerhard-Herman M, Collins FS, Nabel EG, Cannon RO, Gahl WA, Introne WJ: Phenotype and course of Hutchinson-Gilford progeria syndrome. N Engl J Med. 2008, 358: 592-604. 10.1056/NEJMoa0706898.

Eriksson M, Brown WT, Gordon LB, Glynn MW, Singer J, Scott L, Erdos MR, Robbins CM, Moses TY, Berglund P, Dutra A, Pak E, Durkin S, Csoka AB, Boehnke M, Glover TW, Collins FS: Recurrent de novo point mutations in lamin A cause Hutchinson-Gilford progeria syndrome. Nature. 2003, 423: 293-298. 10.1038/nature01629.

De Sandre-Giovannoli A, Bernard R, Cau P, Navarro C, Amiel J, Boccaccio I, Lyonnet S, Stewart CL, Munnich A, Le Merrer M, Levy N: Lamin a truncation in Hutchinson-Gilford progeria. Science. 2003, 300: 2055-10.1126/science.1084125.

Sullivan T, Escalante-Alcalde D, Bhatt H, Anver M, Bhat N, Nagashima K, Stewart CL, Burke B: Loss of A-type lamin expression compromises nuclear envelope integrity leading to muscular dystrophy. J Cell Biol. 1999, 147: 913-920. 10.1083/jcb.147.5.913.

Goldman RD, Shumaker DK, Erdos MR, Eriksson M, Goldman AE, Gordon LB, Gruenbaum Y, Khuon S, Mendez M, Varga R, Collins FS: Accumulation of mutant lamin A causes progressive changes in nuclear architecture in Hutchinson-Gilford progeria syndrome. Proc Natl Acad Sci USA. 2004, 101: 8963-8968. 10.1073/pnas.0402943101.

Leung GK, Schmidt WK, Bergo MO, Gavino B, Wong DH, Tam A, Ashby MN, Michaelis S, Young SG: Biochemical studies of Zmpste24-deficient mice. J Biol Chem. 2001, 276: 29051-29058. 10.1074/jbc.M102908200.

Bergo MO, Gavino B, Ross J, Schmidt WK, Hong C, Kendall LV, Mohr A, Meta M, Genant H, Jiang Y, Wisner ER, Van Bruggen N, Carano RA, Michaelis S, Griffey SM, Young SG: Zmpste24 deficiency in mice causes spontaneous bone fractures, muscle weakness, and a prelamin A processing defect. Proc Natl Acad Sci USA. 2002, 99: 13049-13054. 10.1073/pnas.192460799.

Mounkes LC, Kozlov S, Hernandez L, Sullivan T, Stewart CL: A progeroid syndrome in mice is caused by defects in A-type lamins. Nature. 2003, 423: 298-301. 10.1038/nature01631.

Pendas AM, Zhou Z, Cadinanos J, Freije JM, Wang J, Hultenby K, Astudillo A, Wernerson A, Rodriguez F, Tryggvason K, Lopez-Otin C: Defective prelamin A processing and muscular and adipocyte alterations in Zmpste24 metalloproteinase-deficient mice. Nat Genet. 2002, 31: 94-99.

Fong LG, Ng JK, Meta M, Cote N, Yang SH, Stewart CL, Sullivan T, Burghardt A, Majumdar S, Reue K, Bergo MO, Young SG: Heterozygosity for Lmna deficiency eliminates the progeria-like phenotypes in Zmpste24-deficient mice. Proc Natl Acad Sci USA. 2004, 101: 18111-18116. 10.1073/pnas.0408558102.

Greising SM, Call JA, Lund TC, Blazar BR, Tolar J, Lowe DA: Skeletal muscle contractile function and neuromuscular performance in Zmpste24 (-/-) mice, a murine model of human progeria. Age (Dordr). 2012, 34: 805-819. 10.1007/s11357-011-9281-x.

Capanni C, Del Coco R, Squarzoni S, Columbaro M, Mattioli E, Camozzi D, Rocchi A, Scotlandi K, Maraldi N, Foisner R, Lattanzi G: Prelamin A is involved in early steps of muscle differentiation. Exp Cell Res. 2008, 314: 3628-3637. 10.1016/j.yexcr.2008.09.026.

Favreau C, Higuet D, Courvalin JC, Buendia B: Expression of a mutant lamin A that causes Emery-Dreifuss muscular dystrophy inhibits in vitro differentiation of C2C12 myoblasts. Mol Cell Biol. 2004, 24: 1481-1492. 10.1128/MCB.24.4.1481-1492.2004.

Frock RL, Kudlow BA, Evans AM, Jameson SA, Hauschka SD, Kennedy BK: Lamin A/C and emerin are critical for skeletal muscle satellite cell differentiation. Genes Dev. 2006, 20: 486-500. 10.1101/gad.1364906.

Markiewicz E, Ledran M, Hutchison CJ: Remodelling of the nuclear lamina and nucleoskeleton is required for skeletal muscle differentiation in vitro. J Cell Sci. 2005, 118: 409-420. 10.1242/jcs.01630.

Qu-Petersen Z, Deasy B, Jankowski R, Ikezawa M, Cummins J, Pruchnic R, Mytinger J, Cao B, Gates C, Wernig A, Huard J: Identification of a novel population of muscle stem cells in mice: potential for muscle regeneration. J Cell Biol. 2002, 157: 851-864. 10.1083/jcb.200108150.

Gharaibeh B, Lu A, Tebbets J, Zheng B, Feduska J, Crisan M, Peault B, Cummins J, Huard J: Isolation of a slowly adhering cell fraction containing stem cells from murine skeletal muscle by the preplate technique. Nat Protocol. 2008, 3: 1501-1509. 10.1038/nprot.2008.142.

Peng H, Wright V, Usas A, Gearhart B, Shen HC, Cummins J, Huard J: Synergistic enhancement of bone formation and healing by stem cell-expressed VEGF and bone morphogenetic protein-4. J Clin Invest. 2002, 110: 751-759.

Deasy BM, Gharaibeh BM, Pollett JB, Jones MM, Lucas MA, Kanda Y, Huard J: Long-term self-renewal of postnatal muscle-derived stem cells. Mol Biol Cell. 2005, 16: 3323-3333. 10.1091/mbc.E05-02-0169.

Kuroda R, Usas A, Kubo S, Corsi K, Peng H, Rose T, Cummins J, Fu FH, Huard J: Cartilage repair using bone morphogenetic protein 4 and muscle-derived stem cells. Arthritis Rheum. 2006, 54: 433-442. 10.1002/art.21632.

Zheng B, Cao B, Li G, Huard J: Mouse adipose-derived stem cells undergo multilineage differentiation in vitro but primarily osteogenic and chondrogenic differentiation in vivo. Tissue Eng. 2006, 12: 1891-1901. 10.1089/ten.2006.12.1891.

Deasy BM, Lu A, Tebbets JC, Feduska JM, Schugar RC, Pollett JB, Sun B, Urish KL, Gharaibeh BM, Cao B, Rubin RT, Huard J: A role for cell sex in stem cell-mediated skeletal muscle regeneration: female cells have higher muscle regeneration efficiency. J Cell Biol. 2007, 177: 73-86. 10.1083/jcb.200612094.

Chirieleison SM, Feduska JM, Schugar RC, Askew Y, Deasy BM: Human muscle-derived cell populations isolated by differential adhesion rates: phenotype and contribution to skeletal muscle regeneration in Mdx/SCID mice. Tissue Eng Part A. 2012, 18: 232-241. 10.1089/ten.tea.2010.0553.

Rando TA: Stem cells, ageing and the quest for immortality. Nature. 2006, 441: 1080-1086. 10.1038/nature04958.

Sherley JL, Stadler PB, Stadler JS: A quantitative method for the analysis of mammalian cell proliferation in culture in terms of dividing and non-dividing cells. Cell Prolif. 1995, 28: 137-144. 10.1111/j.1365-2184.1995.tb00062.x.

Deasy BM, Jankowski RJ, Payne TR, Cao B, Goff JP, Greenberger JS, Huard J: Modeling stem cell population growth: incorporating terms for proliferative heterogeneity. Stem Cells. 2003, 21: 536-545. 10.1634/stemcells.21-5-536.

Jankowski RJ, Deasy BM, Cao B, Gates C, Huard J: The role of CD34 expression and cellular fusion in the regeneration capacity of myogenic progenitor cells. J Cell Sci. 2002, 115: 4361-4374. 10.1242/jcs.00110.

Lavasani M, Lu A, Peng H, Cummins J, Huard J: Nerve growth factor improves the muscle regeneration capacity of muscle stem cells in dystrophic muscle. Hum Gene Ther. 2006, 17: 180-192. 10.1089/hum.2006.17.180.

Espada J, Varela I, Flores I, Ugalde AP, Cadinanos J, Pendas AM, Stewart CL, Tryggvason K, Blasco MA, Freije JM, Lopez-Otin C: Nuclear envelope defects cause stem cell dysfunction in premature-aging mice. J Cell Biol. 2008, 181: 27-35. 10.1083/jcb.200801096.

Lavasani M, Robinson AR, Lu A, Song M, Feduska JM, Ahani B, Tilstra JS, Feldman CH, Robbins PD, Niedernhofer LJ, Huard J: Muscle-derived stem/progenitor cell dysfunction limits healthspan and lifespan in a murine progeria model. Nat Commun. 2012, 3: 608-

Brennan TJ, Olson EN: Myogenin resides in the nucleus and acquires high affinity for a conserved enhancer element on heterodimerization. Genes Dev. 1990, 4: 582-595. 10.1101/gad.4.4.582.

Paulin D, Li Z: Desmin: a major intermediate filament protein essential for the structural integrity and function of muscle. Exp Cell Res. 2004, 301: 1-7. 10.1016/j.yexcr.2004.08.004.

Hoffman EP, Brown RH, Kunkel LM: Dystrophin: the protein product of the Duchenne muscular dystrophy locus. Cell. 1987, 51: 919-928. 10.1016/0092-8674(87)90579-4.

Varga R, Eriksson M, Erdos MR, Olive M, Harten I, Kolodgie F, Capell BC, Cheng J, Faddah D, Perkins S, Avallone H, San H, Qu X, Ganesh S, Gordon LB, Virmani R, Wight TN, Nabel EG, Collins FS: Progressive vascular smooth muscle cell defects in a mouse model of Hutchinson-Gilford progeria syndrome. Proc Natl Acad Sci USA. 2006, 103: 3250-3255. 10.1073/pnas.0600012103.

Zhang J, Lian Q, Zhu G, Zhou F, Sui L, Tan C, Mutalif RA, Navasankari R, Zhang Y, Tse HF, Stewart CL, Colman A: A human iPSC model of Hutchinson-Gilford progeria reveals vascular smooth muscle and mesenchymal stem cell defects. Cell Stem Cell. 2011, 8: 31-45. 10.1016/j.stem.2010.12.002.

Scaffidi P, Misteli T: Lamin A-dependent misregulation of adult stem cells associated with accelerated ageing. Nat Cell Biol. 2008, 10: 452-459. 10.1038/ncb1708.

Conboy IM, Conboy MJ, Wagers AJ, Girma ER, Weissman IL, Rando TA: Rejuvenation of aged progenitor cells by exposure to a young systemic environment. Nature. 2005, 433: 760-764. 10.1038/nature03260.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Stem Cell Research & Therapy

Tập 4

1-9

Thông tin tác giả