低酸素環境下での心筋細胞遺伝子発現に及ぼすMSCシークレットームとMSC共培養の効果の比較

Comparative Effect of MSC Secretome to MSC Co-culture on Cardiomyocyte Gene Expression Under Hypoxic Conditions .

• Nina Kastner
• Julia Mester-Tonczar
• Johannes Winkler
• Denise Traxler
• Andreas Spannbauer
• Beate M Rüger
• Georg Goliasch
• Noemi Pavo
• Mariann Gyöngyösi
• Katrin Zlabinger

抄録

序論:

再生医療の大きな進歩にもかかわらず、虚血状態後の心筋細胞の再生は未だ解明されていない。心筋再生のための幹細胞パラクリン因子の使用を含む高度な治療オプションを提供するためには、低酸素誘導細胞のメカニズムを理解することが極めて重要である。

Introduction: Despite major leaps in regenerative medicine, the regeneration of cardiomyocytes after ischemic conditions remains to elucidate. It is crucial to understand hypoxia induced cellular mechanisms to provide advanced treatment options, including the use of stem cell paracrine factors for myocardial regeneration.

材料と方法:

本研究では、低酸素ヒト心筋細胞（Hyp-CMC群）の再生能を、ヒト骨髄由来のMSC（Hyp-CMC-MSC群）と共培養した場合、またはMSCの分泌物を刺激した場合（Hyp-CMC-S群）に評価した。また、非毒性ＭＳＣとＣＭＣ、低毒性ＣＭＣのシークレットームをサイトカインパネルで解析した。α,増殖マーカー及びサイトカインマーカーの遺伝子発現変化を、4,8,24,48,72時間の異なる再酸素化時間における非毒性CMC及びMSCと比較して解析した。さらに、炎症性サイトカインであるIL-18の発現変化、代謝活性、増殖を評価した。

Materials and Methods: In this study, the regenerative potential of hypoxic human cardiomyocytes (group Hyp-CMC) was evaluated when co-cultured with human bone-marrow derived MSC (group Hyp-CMC-MSC) or stimulated with the secretome of MSC (group Hyp-CMC-S). The secretome of normoxic MSC and CMC, and the hypoxic CMC was analyzed with a cytokine panel. Gene expression changes of α, proliferation marker and cytokinesis marker over different reoxygenation time periods of 4, 8, 24, 48, and 72 h were analyzed in comparison to normoxic CMC and MSC. Further, the proinflammatory cytokine IL-18 protein expression change, metabolic activity and proliferation was assessed in all experimental setups.

結果と結論:

αは、Hyp-CMCと比較してHyp-CMC-Sで持続的に過剰発現していた（72時間後を除く）。発現は、24時間及び48時間のインキュベーション後にHyp-CMCで最も強い上昇を示し、その後ベースラインレベルに戻ったが、Hyp-CMC-MSCでは4時間及び8時間、Hyp-CMC-Sでは48時間における一時的な発現の増加が観察された。また、Hyp-CMC-MSCおよびHyp-CMC-MSCでは、IL-18タンパク質の発現の一時的な増加が認められた。我々の研究は、CMCの異なる虚血および再生関連遺伝子の発現が、培養条件に応じて時宜を得たダイナミックな変化を示しており、低酸素CMCがMSCのシークレットームを受けると、αおよびIL-18の発現がより強くなることを示している。

Results and Conclusion: α was persistently overexpressed in Hyp-CMC-S as compared to Hyp-CMC (except at 72 h). Hyp-CMC-MSC showed a weaker α expression than Hyp-CMC-S in most tested time points, except after 8 h. The expression showed the strongest upregulation in Hyp-CMC after 24 and 48 h incubation, then returned to baseline level, while a temporary increase in expression in Hyp-CMC-MSC at 4 and 8 h and at 48 h in Hyp-CMC-S could be observed. was increased in normoxic MSCs and in Hyp-CMC-S over time, but not in Hyp-CMC-MSC. A temporary increase in IL-18 protein expression was detected in Hyp-CMC-SMSC and Hyp-CMC. Our study demonstrates timely dynamic changes in expression of different ischemia and regeneration-related genes of CMCs, depending from the culture condition, with stronger expression of α, and IL-18 if the hypoxic CMC were subjected to the secretome of MSCs.

Copyright © 2020 Kastner, Mester-Tonczar, Winkler, Traxler, Spannbauer, Rüger, Goliasch, Pavo, Gyöngyösi and Zlabinger.