レクチンマイクロアレイを用いた糖鎖プロファイリングにより、表皮幹細胞の老化に伴う糖鎖の動的変化を明らかにした

Glycome profiling by lectin microarray reveals dynamic glycan alterations during epidermal stem cell aging.

• Lalhaba Oinam
• Gopakumar Changarathil
• Erna Raja
• Yen Xuan Ngo
• Hiroaki Tateno
• Aiko Sada
• Hiromi Yanagisawa

抄録

表皮の老化は、バリア機能の低下、創傷治癒力の低下、脱毛、癌のリスクの増加などが顕著である。これは、加齢に伴う表皮幹細胞の特性の変化や、微小環境との相互作用の欠陥が原因であると考えられる。現在のところ、表皮幹細胞の老化を検出し評価する生化学的ツールはない。細胞のグリコシル化は、様々な生理的・病理学的条件において、細胞間のコミュニケーションや細胞マトリックスの接着に関与している。ここでは、老化のバイオマーカーとして、表皮幹細胞における糖鎖の変化を探った。レクチンマイクロアレイを用いて、若齢マウスと老齢マウスの皮膚から分離したばかりの表皮幹細胞を対象に、包括的な糖鎖プロファイリングを行った。その結果、表皮幹細胞の糖鎖プロファイルには、若齢マウスと老齢マウスで有意な差が認められた。特に、マンノース結合体であるヘルトゥーバの結合は、古いマウスでは減少したが、α2-3Sia結合体であるGal8Nの結合は増加した。これらの糖鎖の変化は、古い表皮幹細胞ではシアリルトランスフェラーゼ、St3gal2、St6gal1、マンノシダーゼMan1a遺伝子のアップレギュレーションを伴っていた。これらの糖鎖遺伝子を過剰発現させることで細胞表面の糖鎖が修飾され、培養した表皮幹細胞の再生能力が低下することが示唆された。本研究では、加齢に伴う細胞内の糖鎖修飾パターンの変化が、幹細胞の機能に寄与している可能性を示唆しています。また、レクチンによって検出されるこれらの糖鎖修飾は、老化の分子マーカーとなる可能性があり、今後の機能研究により、皮膚の老化過程の理解を深めることが期待されます。

Aging in the epidermis is marked by a gradual decline in barrier function, impaired wound healing, hair loss, and an increased risk of cancer. This could be due to age-related changes in the properties of epidermal stem cells and defective interactions with their microenvironment. Currently, no biochemical tools are available to detect and evaluate the aging of epidermal stem cells. The cellular glycosylation is involved in cell-cell communications and cell-matrix adhesions in various physiological and pathological conditions. Here, we explored the changes of glycans in epidermal stem cells as a potential biomarker of aging. Using lectin microarray, we performed a comprehensive glycan profiling of freshly isolated epidermal stem cells from young and old mouse skin. Epidermal stem cells exhibited a significant difference in glycan profiles between young and old mice. In particular, the binding of a mannose-binder rHeltuba was decreased in old epidermal stem cells, whereas that of an α2-3Sia-binder rGal8N increased. These glycan changes were accompanied by upregulation of sialyltransferase, St3gal2 and St6gal1 and mannosidase Man1a genes in old epidermal stem cells. The modification of cell surface glycans by overexpressing these glycogenes leads to a defect in the regenerative ability of epidermal stem cells in culture. Hence, our study suggests the age-related global alterations in cellular glycosylation patterns and its potential contribution to the stem cell function. These glycan modifications detected by lectins may serve as molecular markers for aging, and further functional studies will lead us to a better understanding of the process of skin aging.

© 2020 The Authors. Aging Cell published by Anatomical Society and John Wiley & Sons Ltd.