Zeitschrift für Stammzellforschung und -therapie

Abstrakt

MicroRNA-Profiling enthüllt unterschiedliche Mechanismen, die die kardiale und neuronale Abstammungsspezifizierung pluripotenter menschlicher embryonaler Stammzellen steuern

Xuejun H. Parsons

Die Ausschöpfung des Potenzials menschlicher embryonaler Stammzellen (hESCs) wurde bisher durch die Ineffizienz und Instabilität der Erzeugung der gewünschten Zelltypen aus pluripotenten Zellen durch Differenzierung in mehrere Linien erschwert. Wir haben kürzlich berichtet, dass pluripotente hESCs, die auf einer definierten Plattform gehalten werden, durch Induktion mit kleinen Molekülen gleichmäßig in eine kardiale oder neuronale Linie umgewandelt werden können, wodurch eine linienspezifische Differenzierung direkt aus dem pluripotenten Zustand der hESCs ermöglicht wird und die Möglichkeit besteht, die Entwicklung menschlicher Embryonen anhand von zellulären In-vitro-Modellsystemen zu untersuchen. Um die Mechanismen der durch kleine Moleküle induzierten Linienspezifizierung pluripotenter hESCs zu identifizieren, verglichen wir in dieser Studie die Expression und die intrazellulären Verteilungsmuster einer Reihe von kardinalen Chromatinmodifikatoren in pluripotenten hESCs, durch Nicotinamid (NAM) induzierten kardiomesodermalen Zellen und durch Retinsäure (RA) induzierten neuroektodermalen Zellen. Darüber hinaus wurde ein genomweites Profiling der differentiellen Expressionsmuster von microRNA (miRNA) verwendet, um die regulatorischen Netzwerke des gesamten Genoms zu überwachen und die entwicklungsinitiierenden miRNAs in der kardialen und neuronalen Linienspezifikation von hESCs zu identifizieren. Wir fanden heraus, dass NAM die nukleare Translokation der NAD-abhängigen Histon-Deacetylase SIRT1 und eine globale Chromatin-Stilllegung induzierte, während RA eine Stilllegung der pluripotenzassoziierten hsa-miR-302-Familie und eine drastische Hochregulierung der neuroektodermalen Hox-miRNA-hsa-miR-10-Familie auf hohe Werte induzierte. Durch genomweites miRNA-Profiling wurde identifiziert, dass ein einzigartiger Satz pluripotenzassoziierter miRNAs herunterreguliert wurde, während neue Sätze unterschiedlicher kardial und neuronal gesteuerter miRNAs nach der Induktion der Linienspezifikation direkt aus dem pluripotenten Zustand der hESCs hochreguliert wurden. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein vorherrschender epigenetischer Mechanismus über SIRT1-vermittelte globale Chromatin-Stilllegung die NAM-induzierte Bestimmung des kardialen Schicksals von hESC steuert, während ein vorherrschender genetischer Mechanismus über Stilllegung der pluripotenzassoziierten hsa-miR-302-Familie und drastische Hochregulierung der neuroektodermalen Hox-miRNA-hsa-miR-10-Familie die RA-induzierte Bestimmung des neuralen Schicksals von hESC steuert. Diese Studie liefert wichtige Einblicke in die frühesten Ereignisse der menschlichen Embryogenese und bietet Möglichkeiten für eine durch kleine Moleküle vermittelte direkte Kontrolle und Modulation des pluripotenten Schicksals von hESC bei der Ableitung klinisch relevanter Linien für regenerative Therapien .