اثر مهار شیمیایی آنزیم G9a بر کاهش پتانسیل تکثیری و افزایش پتانسیل آدیپوژنیک سلول‌های بنیادی مزانشیمی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زیست شناسی، واحد آیت الله آملی، دانشگاه آزاد اسلامی، آمل، ایران

2 گروه علوم و زیست فناوری جانوری، دانشکده علوم و فناوری زیستی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

سلول­های بنیادی مزانشیمی (MSCs)، ویژگی­های منحصر به فردی از قبیل تعدیل سیستم ایمنی، ترشح فاکتورهای کنترل بقاء سلولی و نیز پتانسیل تمایز به استخوان، غضروف و چربی را دارند. تمام فرایندهای سلولی از قبیل تمایز، تکثیر، پیری و مرگ بطور مستقیم و یا غیرمستقیم توسط مکانیزم­های اپی­ژنتیکی از قبیل متیلاسیون هیستونی تنظیم شده و آنزیم هیستون متیل ترانسفراز G9a یکی از آنزیم­های مهم در این زمینه است. سلول­های بنیادی مزانشیمی در مغز استخوان رت (BM-MSCs) در محیط آزمایشگاهی استخراج شده و کشت شدند. سپس در کشت اولیه، پاساژ اول، دوم و سوم تحت تاثیر غلظت­های مختلف A366 (یک مهارکننده اختصاصی آنزیم G9a) قرار گرفتند. سپس با استفاده از فلوسایتومتری، محاسبه زمان دوبرابر شدن جمعیت سلولی و بررسی پروفایل چرخه سلولی، وضعیت تکثیری BM-MSCs مورد ارزیابی قرار گرفت. میزان تمایز به چربی BM-MSCs تیمار شده با A366، با استفاده از رنگ آمیزی اویل رد و بیان ژن­های ویژه چربی مورد بررسی قرار گرفت. بررسی زمان دو برابر شدن جمعیت BM-MSCs و بررسی چرخه سلولی نشان داد که مهار آنزیم G9a با غلظت­های پایین A366 تاثیر معنی­داری بر پتانیسل تکثیری BM-MSCs ندارد. اگرچه غلظت­های بالای A366، مدت زمان دوبرابر شدن جمعیت سلولی را افزایش­داده و توقف چرخه سلولی را القاء می­کند. همچنین تیمار BM-MSCs با A366 موجب افزایش پتانسیل تمایز سلول­ها به سمت چربی می­شود. تنظیم­کنندگان اپی­ژنتیکی از قبیل A366 که برای کنترل سرطان پیشنهاد شده اند، رفتارهای تکثیری و تمایزی BM-MSCs را تحت تاثیر قرار می­دهند. همچنین این تنظیم­کننده­ها می­توانند به عنوان یک رویکرد مناسب جهت تکثیر و تمایز بهتر MSCs به کار گرفته شوند، تا این سلول­ها با کارایی بالاتری در سلول درمانی، مهندسی بافت و نیز ترمیم و هومئوستازی بافتی نقش ایفا کنند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Chemical Inhibitory Effect of G9a Enzyme on Decrease of Proliferative Potential and Increase of the Adipogenic Propensity of Mesenchymal Stem Cells

نویسندگان [English]

  • Hedyeh Khanban 1
  • Esmaeil Fattahi 1
  • Mahmoud Talkhabi 2
1 Department of Biology, Ayatollah Amoli Branch, Islamic Azad University, Amol, Iran
2 Department of Animal Sciences and Biotechnology, Faculty of Biological Sciences and Technology, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Mesenchymal stem cells (MSCs) have unique properteis such as immunomodulatory function, secretion of cell survival factors, and the potential of bone , cartilage, and fat differentiation. All of the cellular processes including differentiation, proliferation, aging, and cell death are directly or indirectly regulated by epigenetic mechanisms such as histone methylation. G9a histone methyltransferase is one of the most important enzymes controlling cell behaviors. MSCs were isolated from rat bone marrow (BM-MSCs) and cultured in vitro. Bone marrow-derived MSCs (BM-MSCs) were treated with different doses of A366 (a specific G9a inhibtior) at the passages 1-3 of the primary culture. Then the proliferative capacity of BM-MSCs was analyzed using flowcytometry, assessment of the cell population doubling time, and studying the cell-cycle profile. The rate of adipogenic differentiation of A366-treated BM-MSCs was evaluated using oil red staining and fat gene expression analysis. Assessment of the PDT of BM-MSCs and cell-cycle profile showed that inhibition of G9a using low concentrations of A366 didn’t have any significant effect on BM-MSCs proliferative potential. However, the high doses of A366 increased the PDT and induced cell-cycle arrest. Moreover, A366 increased the adipogenic potential of BM-MSCs. Epigenetic regulators such as A366 that have been suggested for controlling cancers can affect BM-MSCs proliferative and differentiation behaviors. These regulators might also be used as a strategy for a more efficient proliferation and differentiation of MSCs to be used in cell therapy, tissue engineering, regeneration and tissue homeostasis.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mesenchymal stem cells
  • Epigenetic
  • A366
  • G9a
  • Adipogenesis
  1. Ahn M.J., Jeong S.G., CHO G.W. 2016. Antisenescence activity of G9a inhibitor BIX01294 on human bone marrow mesenchymal stromal cells. Turkish Journal of Biology, 40(2): 443-451.
  2. Ding, D. C.,. Shyu W.C., Lin S.Z., 2011. Mesenchymal stem cells. Cell Transplantation, 20(1): 5-14.
  3. Dominici M.,  Blanc K., Mueller I. 2006. Minimal criteria for defining multipotent mesenchymal stromal cells. The International Society for Cellular Therapy position statement. Cytotherapy, 8(4): 315-317.
  4. Duncan  E.J., Gluckman P.D., Dearden P.K. 2014. Epigenetics, plasticity, and evolution: How do we link epigenetic change to phenotype? Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution, 322(4): 208-220.
  5. Eisenberg C.A., Eisenberg L.M. 2019. G9a and G9a-Like Histone Methyl transferases and Their Effect on Cell Phenotype, Embryonic Development, and Human Disease, in The DNA, RNA, and Histone Methylomes. Springer, 23: 399-433.
  6. Eslaminejad B.M., Talkhabi M., Zeynali B. 2008. Effect of Lithium chloride on proliferation and bone differentiation of rat marrow-derived mesenchymal stem cells in culture. Iranian Journal of Basic Medical Sciences, 11(3): 143-151.
  7. Fabrizio P., Garvis S., F. Palladino F., 2019.  Histone methylation and memory of environmental stress. Cells, 8(4): 339-346.
  8. Husmann D., Gozani O., 2019. Histone lysine methyltransferases in biology and disease. Nature Structural and Molecular Biology, 26(10): 880-889.
  9. Khanban H., Fattahi E., Talkhabi M., 2019. In vivo administration of G9a inhibitor A366 decreases osteogenic potential of bone marrow-derived mesenchymal stem cells. Excli journal, 18: 300-308.
  10. Liu N., 2015. Recognition of H3K9 methylation by GLP is required for efficient establishment of H3K9 methylation, rapid target gene repression, and mouse viability. Genes and Development, 29(4): 393-379.
  11. Nicetto D., Zaret K.S. 2019. Role of H3K9me3 heterochromatin in cell identity establishment and maintenance. Current Opinion in Genetics and Development, 55: 1-10.
  12. Pappano W.N., Guo J., He Y., Ferguson D. 2015. The histone methyltransferase inhibitor A-366 uncovers a role for G9a/GLP in the epigenetics of leukemia. PloS One, 10(7): 12: 34-49.
  13. Purcell D.J., 2012. Recruitment of coregulator G9a by Runx2 for selective enhancement or suppression of transcription. Journal of Cellular Biochemistry, 113(7): 2406-2414.
  14. Wang M., Yuan Q., Xie L. 2018.  Mesenchymal stem cell-based immunomodulation: properties and clinical application. Stem cells International, 2(5): 67-78.