Anti-verouderingseffecten van vitamine C op menselijke pluripotente stamcel-afgeleide cardiomyocyten Ⅱ

Discussie

Biomedisch onderzoek zoekt naar verklaringen voor de verschijnselenvan het menselijk metabolisme en zijn mechanismen. Ditonderzoek heeft menselijke cellen uit het lichaam nodig'is diversorgaansystemen; echter, om klinische en ethische redenen,levende weefsels van het menselijk lichaam zelf kunnen praktisch nietverworven om te dienen als fundamenteel biomedisch onderzoekmodel. hESC's afgeleid van de binnenste celmassa van eenembryo (Thomson et al.1998) en hiPSC's afgeleid vaneen patiënt's fibroblasten (Takahashi et al.2007) kan dienenals geschikte alternatieven voor menselijke studies vanwege hunoorsprong en ontwikkelingspotentieel (Pera et al.2000; Reubinoff et al.2000). Derivaten van menselijke stamcellenzoals hartcellen zijn uniek en reproduceerbaarcellulair model voor gebruik in de menselijke ontwikkelingsbiologie,biomedisch onderzoek en farmaceutische studies.

Klik hier om Cistanche Anti-Aging versus vitamine te leren kennen

Veroudering is een algemeen fenomeen dat somatisch beïnvloedtcellen en leidt tot verminderde cellulaire en lichaamsfunctie,vertegenwoordigd door deverkorting van telomeren, de accumulatievan mutaties, en deontwikkeling van mitochondriaaldisfunctie(Goudstein1990; Finkel en Holbrook2000). Het verouderingsfenomeen is tijdelijk uitgebreid;daarom onderzoek naar de veroudering van menselijke lichaamscellenis moeilijk uit te voeren.Veroudering van cardiomyocytenisveroorzaakt door leeftijd, vorming van reactieve oxidatieve soorten, Enmitochondriale schade(Terman et al.2004; termanen Brunk2005). Deze effecten zijn reproduceerbaar invitro culturen van cardiomyocyten.

Hier hebben we het verouderingsfenomeen aangetoond inhPSC-afgeleide CM's. Menselijke PSC-afgeleide CM's worden gesponsordsterk verouderde in vitro kweekomstandigheden. Dag 24cellen vertoonden een meer leeftijdsspecifiek gepigmenteerd uiterlijkance dan cellen op dag 12 en 18. Deze morfologischeveranderingen gecorreleerd met verminderde expressie vancelcyclus-gerelateerde genen, langzamere hartslagen en laager mitochondriale membraanpotentialen. De uitdrukkingvan cycline-genen nam af op een tijdsafhankelijke manier.Deze neerwaartse regulatie van cycline-genen in onze studie wasvergelijkbaar met bekende algemene veranderingen in veroudering bij demoleculair niveau (Sheydina et al.2011). Onze bevindingvan langzamer kloppen in verouderde cellen was consistent met onzevorig rapport (Kim et al.2011). We hebben mitochondriaal gemetenfunctionaliteit met JC-1 kleurstof op dag 24 enontdekte dat slechts 30 procent van de gedifferentieerde cellen bewaard bleefmitochondriale functie. Bovendien is de uitdrukking vantelomeer-coderende genen werden gedownreguleerd.

Een interessante bevinding is dat een minder prominent kenmerkveroudering en vitamine C's omgekeerde effecten werden waargenomenin hiPSC-afgeleide CM. Menselijke iPSC's zijn volwassensomatische cellen die zijn geherprogrammeerd tot een pluripotentestaat (Yu et al.2007) door de levering vanexogene pluripotentiefactoren (Takahashi et al.2007). Vanwege de aard van hun afleiding, iPSCsworden geacht een andere epigenetische toestand te bezittenvan ESC's (Chin et al.2009) en ook demonstrerenverminderde differentiatie-efficiëntie in specifieke lijnleeftijden (Mauritz et al.2008). De exogene herprogrammeringfactoren die zijn gekozen voor insertie in somatische cellen kunnendeze bevinding verantwoorden. Geherprogrammeerde hiPSC's hebbengetoonde onvolledige herprogrammering of vroege senescentietijdens in vitro differentiatie in vergelijking met hESC's(Hanna et al.2010). Dus hESC-afgeleide CM's lijken dat te doenmeer geschikt zijn voor de studie van veroudering of aanverwantonderzoek.

Vitamine C heeft vele rollen in anti-aging en heeftgetoondcardiovasculaire beschermende effecten(Zhou et al.2006; Luiken et al.2010). We gebruikten verschillende concentratiesvan vitamine C om deze anti-aging aan te toneneffecten op hESC-afgeleide CM's. Vitamine C behandelingbeïnvloedde de slagfrequentie van hESC-afgeleide CM'sen verlichtte de neiging die van hESC afgeleide CM's hebbenvan langzamer kloppen met de leeftijd. Verder behandelingmet vitamine C beïnvloedde de uitdrukking van veroudering gerelateerdgenen en mitochondriale functie in hESC-afgeleidCM's. Ten eerste wijzigingen in hTERT, hTR enTRF2 werden waargenomen. Menselijke TR (hTR) en hTERTcoderen voor humaan telomerase-gerelateerd RNA en eiwit,respectievelijk. Hun rol bij veroudering is bekend(Hiyama et al.1995) waar beide genen aan verwant zijntelomeren en telomerase (Huffman et al.2000; Zwartbrand2001). In onze studie, behandeling met vitamineC in verschillende geënsceneerde CM's verhoogde de expressie vanhTERT. Menselijke TR-expressie nam ook toe in een laat stadiumhESC-afgeleide CM's. Deze resultaten laten ziendat vitamine C directe effecten heeft op de telomerase-activiteitin hESC-afgeleide CM's. Verder mag vitamine Cde transcriptie van telomerase-gerelateerde genen verbeteren,en dit anti-verouderingseffect kan stadiumafhankelijk zijnverouderde hESC-afgeleide CM's. Expressie van TRF2 dramatischverhoogd in het late stadium van hESC-afgeleidCM's behandeld met vitamine C, en deze resultaten laten ziendat TRF2 een rol speelt in de genetische regulatie vanverouderde hESC-afgeleide CM's. TRF2-activiteit is gekoppeld aanveroudering in somatische cellen, wat verder de suggestie wektanti-verouderingeffecten gegenereerd door vitamine C.

We hebben ook het effect van vitamine C op de mitochondriën waargenomenmembraan potentiaal. Het anti-aging effect vanvitamine C gecorreleerd met het herstel van de hartslag inhESC-afgeleide CM's. Alles bij elkaar laten deze resultaten ziendat de bekende cardioprotectieve rol van vitamine Cgeldt ook voor hESC-afgeleide CM's in vitro. Onder degeteste omstandigheden, vitamine C-behandeling op 100μM voor48 uur was het meest effectief en deze concentratie ligt dicht bijde aanbevolen dagelijkse hoeveelheid vitamine C. Dezeresultaten ondersteunen sterk de validatie van hESC-afgeleideCM's als een levensvatbare celbron die als uniek kan dienenmodel van veroudering van menselijke hartcellen.

Concluderend hebben we aangetoond dat hESC-afgeleidCM's zijn geschikt om als alternatief model voor te gebruikenveroudering in menselijke hartcellen. Dit model kan zijnuitgebreid naar andere gebieden van biomedisch onderzoek als eenalternatief voor primaire menselijke hartcellen, en diversekandidaat-antiverouderingsfactoren kunnen dus bestudeerd wordenhESC-afgeleide CM's in de toekomst.

DankbetuigingenDit werk werd ondersteund door een subsidie ​​​​van deKoreaans R&D-project voor gezondheidstechnologie, Ministerie van Volksgezondheid enWelzijn, Republiek Korea (A111539) en door Basic ScienceOnderzoeksprogramma via de National Research Foundation vanKorea (NRF) gefinancierd door het ministerie van Onderwijs, Wetenschap enTechnologie (2012-0004131). De auteurs waarderen de oprechtheidtechnische assistentie door Myung Soo Cho, Sun Mi Baek, Jun BeomKu en Yong Jin Kim.

Referenties

Blackburn EH (2001) Schakelen en signaleren op de telomeer.Cel 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) Geïnduceerde pluripotentstamcellen en embryonale stamcellen worden onderscheidendoor genexpressiehandtekeningen. Celstamcel 5:111–123

Finkel T, Holbrook NJ (2000) Oxidanten, oxidatieve stress en debiologie van veroudering. Natuur 408:239–247 Goldstein S (1990) Replicatieve senescentie: de menselijke fibroblastvolwassen wordt. Wetenschap 249:1129–1133

Hanna JH, Saha K, Jaenisch R (2010) Pluripotentie en cellulairherprogrammering: feiten, hypothesen, onopgeloste problemen. Cel143:508–525 Hiyama E, Yokoyama T, Tatsumoto N, Hiyama K, Imamura Y,Murakami Y, Kodama T, Piatyszek MA, Shay JW,Matsuura Y (1995) Telomerase-activiteit bij maagkanker.Kankeronderzoek 55:3258–3262 

Huffman KE, Levene SD, Tesmer VM, Shay JW, Wright WE(2000) Telomeerverkorting is evenredig met de grootte van deG-rijke telomeer 3′- overhangen. 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) Menselijke embryonale stamcellen kunnen differentiëren totmyocyten met structurele en functionele eigenschappen van cardiomyocyten. J Clin Invest 108:407–414

Kim YY, Ku SY, Jang J, Oh SK, Kim HS, Kim SH, Choi YM,Moon SY (2008) Gebruik van langdurig gekweekte embryoïdelichamen kunnen de differentiatie van cardiomyocyten versterken doorBMP2. Yonsei Med J. 49:819–827 

Kim YY, Ku SY, Liu HC, Cho HJ, Oh SK, Moon SY, Choi YM(2011) Cryopreservatie van menselijke embryonale stamcellenafgeleide cardiomyocyten geïnduceerd door BMP2 in serumvrijvoorwaarde. Neem Sci 18:252 over–260

Laflamme MA, Murry CE (2005) Het hart regenereren. NatBiotechnologie 23:845–856 Luiking YC, Engelen MP, Deutz NE (2010) Regulering van stikstofoxideproductie bij gezondheid en ziekte. Curr Opin ClinNutr Metab Zorg 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) Generatie van functioneelmuriene cardiale myocyten van geïnduceerde pluripotente stamcellen. Oplage 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)Differentiatie van menselijke embryonale stamcellen tot cardiomyocyten: rol van cocultuur met visceraal endodermachtigcellen. Oplage 107:2733–2740

Oh SK, Kim HS, Ahn HJ, Seol HW, Kim YY, Park YB, Yoon CJ,Kim DW, Kim SH, Moon SY (2005a) Afleiding en karakteriseringvan nieuwe menselijke embryonale stamcellijnen: SNUhES1,SNUhES2 en SNUhES3. Stamcellen 23:211–219 Oh SK, Kim HS, Park YB, Seol HW, Kim YY, Cho MS, Ku SY,Choi YM, Kim DW, Moon SY (2005b) Methoden voor expansievan menselijke embryonale stamcellen. Stamcellen 23:605–609 Pera MF, Reubinoff BE, Trounson A (2000) Menselijk embryonaalstamcellen. J Cell Science 113:5–10