Efectes anti-envelliment de la vitamina C sobre els cardiomiòcits derivats de cèl·lules mare pluripotents humanes Ⅱ

Discussió

La investigació biomèdica busca explicacions als fenòmensdel metabolisme humà i els seus mecanismes. Aixòla investigació necessita cèl·lules humanes del cos's diversossistemes d'òrgans; tanmateix, per raons clíniques i ètiques,els teixits vius del propi cos humà no poden ser pràcticamentadquirit per servir com a investigació biomèdica bàsicamodel. hESC derivats de la massa cel·lular interna d'unembrió (Thomson et al.1998) i hiPSC derivats deun pacient'fibroblasts (Takahashi et al.2007) pot servircom a alternatives adequades per als estudis humans per la sevaorígens i potencial de desenvolupament (Pera et al.2000; Reubinoff et al.2000). Derivats de cèl·lules mare humanescom les cèl·lules cardíaques són un únic i reproduïblemodel cel·lular per al seu ús en biologia del desenvolupament humà,recerca biomèdica i estudis farmacèutics.

Feu clic aquí per conèixer Cistanche Anti-Aging vs Vitamin

L'envelliment és un fenomen general que afecta els somàticscèl·lules i condueix a una disminució de la funció cel·lular i corporal,representat per laescurçament dels telòmers, l'acumulacióde mutacions, i ladesenvolupament mitocondrialdisfunció(Goldstein1990; Finkel i Holbrook2000). El fenomen d'envelliment és temporalment extens;per tant, investigació sobre l'envelliment de les cèl·lules del cos humàés difícil de conduir.Envelliment dels cardiomiòcitséscausada per l'edat, formació d'espècies oxidatives reactives, idany mitocondrial(Terman et al.2004; Termani Brunk2005). Aquests efectes són reproduïbles encultius in vitro de cardiomiòcits.

Aquí, vam demostrar el fenomen de l'envellimentCM derivats de hPSC. Els CM derivats de PSC humans són esponjatscondicions de cultiu in vitro d'envelliment tancat. Dia 24les cèl·lules van mostrar un aspecte pigmentat més específic de l'edatance que les cèl·lules els dies 12 i 18. Aquests morfològicscanvis correlacionats amb la disminució de l'expressió degens relacionats amb el cicle cel·lular, ritmes de batuda més lents i baixoser potencials de membrana mitocondrial. L'expressiódels gens de la ciclina va disminuir de manera dependent del temps.Aquesta regulació a la baixa dels gens de la ciclina en el nostre estudi va sersimilar als canvis generals coneguts en l'envelliment a lanivell molecular (Sheydina et al.2011). La nostra troballade batec més lent a les cèl·lules envellides era coherent amb el nostreinforme anterior (Kim et al.2011). Hem mesurat mitocondrialfuncionalitat utilitzant el colorant JC-1 el dia 24 iva trobar que només es conservava el 30 per cent de les cèl·lules diferenciadesfunció mitocondrial. A més, l'expressió deEls gens que codifiquen els telòmers es van regular a la baixa.

Una troballa interessant és que una característica menys destacadade l'envelliment i de la vitamina C'S'han observat efectes inversosen CM derivat de hiPSC. Els iPSC humans són adultscèl·lules somàtiques que han estat reprogramades a pluripotentsestat (Yu et al.2007) mitjançant el lliurament defactors de pluripotència exògens (Takahashi et al.2007). A causa de la naturalesa de la seva derivació, els iPSCEs considera que tenen un estat epigenètic diferentdels CES (Chin et al.2009) i també demostrareficiència de diferenciació reduïda en una línia específicaedats (Mauritz et al.2008). La reprogramació exògenafactors escollits per a la inserció en cèl·lules somàtiques poden serdonar compte d'aquesta troballa. Els hiPSC reprogramats tenenmostra una reprogramació incompleta o una senescència primerencadurant la diferenciació in vitro en comparació amb les HESC(Hanna et al.2010). Així, sembla que els CM derivats d'hESCser més adequat per a l'estudi de l'envelliment o afinsrecerca.

La vitamina C té molts papers en l'anti-envelliment i témostratefectes protectors cardiovasculars(Zhou et al.2006; Luiking et al.2010). Hem utilitzat diverses concentracionsde vitamina C per demostrar aquests anti-envellimentefectes sobre els CM derivats d'hESC. Tractament de vitamina Cva afectar la freqüència de batuda dels CM derivats d'hESCi va alleujar la tendència que tenen els CM derivats d'hESCde batre més lentament amb l'edat. A més, tractamentamb vitamina C va afectar l'expressió de l'envellimentgens i funció mitocondrial en derivades d'hESCCMs. En primer lloc, els canvis en hTERT, hTR iEs van observar TRF2. TR humà (hTR) i hTERTcodifiquen ARN i proteïnes relacionades amb la telomerasa humana,respectivament. El seu paper en l'envelliment és ben conegut(Hiyama et al.1995) ja que ambdós gens estan relacionatstelòmers i telomerasa (Huffman et al.2000; Cremat2001). En el nostre estudi, tractament amb vitaminaC en diferents CM en fases va augmentar l'expressió dehTERT. L'expressió TR humana també va augmentar en l'etapa tardanaCM derivats d'hESC. Aquests resultats ho demostrenque la vitamina C té efectes directes sobre l'activitat de la telomerasaen CM derivats d'hESC. A més, la vitamina C potmillorar la transcripció de gens relacionats amb la telomerasa,i aquest efecte anti-envelliment pot dependre de l'etapaCMs envellits derivats d'hESC. Expressió de TRF2 de manera espectacularaugmentat en l'etapa tardana de l'ESC derivadaCM tractats amb vitamina C, i aquests resultats ho mostrenque TRF2 juga un paper en la regulació genètica deCMs envellits derivats d'hESC. L'activitat de TRF2 està vinculada al'envelliment de les cèl·lules somàtiques, cosa que suggereix encara més laanti edatefectes generats per la vitamina C.

També vam observar l'efecte de la vitamina C sobre els mitocondrialspotencial de membrana. L'efecte anti-envelliment dela vitamina C es va correlacionar amb la recuperació de la taxa de batuda aCM derivats d'hESC. En conjunt, es mostren aquests resultatsque el conegut paper cardioprotector de la vitamina Ctambé s'aplica als CM derivats d'hESC in vitro. Entre elscondicions provades, tractament amb vitamina C a 100μM per48 h va ser el més efectiu i aquesta concentració és properala quantitat dietètica recomanada de vitamina C. AquestsEls resultats donen suport a la validació dels derivats d'hESCCM com a font cel·lular viable que pot servir com a únicamodel d'envelliment de les cèl·lules del cor humà.

En conclusió, hem demostrat que el derivat d'hESCEls CM són adequats per utilitzar-los com a model alternatiuenvelliment de les cèl·lules cardíaques humanes. Aquest model pot serestesa a altres àrees de la recerca biomèdica com aalternativa a les cèl·lules primàries del cor humà, i diversesPer tant, es poden estudiar els factors anti-envelliment candidatsCMs derivats d'hESC en el futur.

AgraïmentsAquest treball va comptar amb el suport d'una subvenció de laProjecte de R+D de Tecnologia Sanitària de Corea, Ministeri de Salut iWelfare, República de Corea (A111539) i per Basic SciencePrograma de recerca a través de la National Research Foundation ofCorea (NRF) finançat pel Ministeri d'Educació, Ciència iTecnologia (2012-0004131). Els autors agraeixen la sinceritatassistència tècnica de Myung Soo Cho, Sun Mi Baek, Jun BeomKu i Yong Jin Kim.

Referències

Blackburn EH (2001) Commutat i senyalització al telòmer.Cèl·lula 106:661–673 

Chin MH, Mason MJ, Xie W, Volinia S, Singer M, Peterson C,Ambartsumyan G, Aimiuwu O, Richter L, Zhang J,Khvorostov 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) Induced pluripotentEs distingeixen cèl·lules mare i cèl·lules mare embrionàriesper signatures d'expressió gènica. Cèl·lula mare cel·lular 5:111–123

Finkel T, Holbrook NJ (2000) Oxidants, estrès oxidatiu i elbiologia de l'envelliment. Natura 408:239–247 Goldstein S (1990) Senescència replicativa: el fibroblast humàarriba a la majoria d'edat. Ciència 249:1129–1133

Hanna JH, Saha K, Jaenisch R (2010) Pluripotència i cel·lularreprogramació: fets, hipòtesis, qüestions no resoltes. Cèl·lula143:508–525 Hiyama E, Yokoyama T, Tatsumoto N, Hiyama K, Imamura Y,Murakami Y, Kodama T, Piatyszek MA, Shay JW,Matsuura Y (1995) Activitat de la telomerasa en el càncer gàstric.Càncer Res 55:3258–3262 

Huffman KE, Levene SD, Tesmer VM, Shay JW, Wright WE(2000) L'escurçament dels telòmers és proporcional a la mida de laTelomèric ric en G 3′-volant. 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) Les cèl·lules mare embrionàries humanes es poden diferenciar enmiòcits amb propietats estructurals i funcionals del cardiomiòcits. J Clin Invest 108:407–414

Kim YY, Ku SY, Jang J, Oh SK, Kim HS, Kim SH, Choi YM,Moon SY (2008) Ús d'embrioides cultivats a llarg terminiels cossos poden millorar la diferenciació dels cardiomiòcitsBMP2. Yonsei Med J 49:819–827 

Kim YY, Ku SY, Liu HC, Cho HJ, Oh SK, Moon SY, Choi YM(2011) Criopreservació de cèl·lules mare embrionàries humanescardiomiòcits derivats induïts per BMP2 sense sèrumcondició. Reprod Sci 18:252–260

Laflamme MA, Murry CE (2005) Regenerar el cor. NatBiotecnologia 23:845–856 Luiking YC, Engelen MP, Deutz NE (2010) Regulació del nítricproducció d'òxid en salut i malaltia. 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) Generació de funcionalsmiòcits cardíacs murins de tija pluripotent induïdacèl · lules. Circulació 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)Diferenciació de cèl·lules mare embrionàries humanes a cardiomiòcits: paper del cocultiu amb endoderm visceral semblantcèl · lules. Circulació 107:2733–2740

Oh SK, Kim HS, Ahn HJ, Seol HW, Kim YY, Park YB, Yoon CJ,Kim DW, Kim SH, Moon SY (2005a) Derivació i caracteritzacióde noves línies de cèl·lules mare embrionàries humanes: SNUhES1,SNUhES2 i SNUhES3. Cèl·lules mare 23:211–219 Oh SK, Kim HS, Park YB, Seol HW, Kim YY, Cho MS, Ku SY,Choi YM, Kim DW, Moon SY (2005b) Mètodes d'expansióde cèl·lules mare embrionàries humanes. Cèl·lules mare 23:605–609 Pera MF, Reubinoff BE, Trounson A (2000) Human embryoniccèl·lules mare. J Cell Sci 113:5–10