Tet-on sistemi ile metil-CPG-bağlanma bölgesi 3 (MBD3) ekspresyonu susturulmuş fibroblast hücrelerinin embriyonik kök hücre kaynaklı eksozomlar aracılığı ile pluripotent hücrelere programlanması

Abstract

Amaç: Mbd3 proteini kromatin yeniden modelleyici faktörlerden oluşan multi-alt birimli NuRD kompleksinin önemli bir parçasıdır. NuRD gen ifadesinin baskılanmasını histon deasetilasyon ve kromozom yeniden modelleme aktivitesi üzerinden gerçekleştirir. Somatik hücrelerde ifadesi yüksek olan Mbd3 geninin susturulması ise gen ifadesi baskılanmasını ortadan kaldırarak epigenetik hafızanın silinmesine izin vermekte ve geriye-programlamada önemli bir yaklaşım teşkil etmektedir. Eksozomlar, hücreler arası sinyal iletimine aracılık eden bir role sahiptirler. EKH kaynaklı eksozomların pluripotensi faktörlerini kodlayan/düzenleyen mRNA'ları ve miRNA'ları aktardıkları gösterilmiştir. Bu çalışmada EKH'lerinden elde edilen eksozomların Mbd3 geni susturulmuş fibroblast hücreleri üzerinde geriye programlama etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Yöntem: Eksozomlar, fare-EKH kültürünün ikinci gününde ultrasantrifüj yöntemiyle elde edildi. Besleyici tabakadan salgılanan ve serumda bulunan eksozomların karışmaması için fare-EKH kültürü besleyici tabaka ve serum olmadan gerçekleştirilmesini mümkün kılan Nunclon-Vita-Surface kapları üzerinde kültüre edildi. İnsan fibroblastlarında shRNA-aracılı Mbd3 susturulması Tet-On-sistemin kontrolünde gerçekleştirildi. Fibroblastlar Mbd3-susturulmasını takiben eksozomlarla ko-kültür gerçekleştirildi ve eksozomların PKH26 boyanmasıyla eksozom transferi belirlendi. EKH-eksozomların fibroblast hücreleri üzerindeki etkileri gen ekspresyon analiziyle belirlendi. Bulgular: EKH-eksozomları aktarılan Mbd3 susturulmuş hücrelerin çoğalmasında ve potensi seviyelerinde artış gözlemlenirken, gen ekspresyon profilinin büyük ölçüde değiştiği belirlenmiştir. Mbd3 susturulmuş hücrelerde eksozom aktarılmasıyla ilişkili olarak özellikle pluripotensi ile ilgili transkripsiyon faktörlerinin ekspresyonları Nanog,Oct4 ve Sox2 sırasıyla 2300, 1600 ve 470 kat artış göstermişken, proto-onkogen c-Myc faktörünün azaldığı belirlenmiştir. Sonuç: Her iki yaklaşımın uygulandığı hücreler dahil olmak üzere EKH-benzeri hücrelere tamanen programlanma gerçekleşmese de, Mbd3 susturulmuş hücrelerde eksozom ile ko-kültür sonrası pluripotent faktörler çok ciddi derecede artmıştır. Bu eksozomların somatik hücrelerin geri programlanmasında destekleyici bir faktör olarak kullanılabileceği bu çalışmada gösterilmiştir.Anahtar Kelimeler: Embriyonik kök hücre, eksozom, Mbd3, yeniden programlama, gen susturulması, Tet-On sistem, shRNA

Objective: Mbd3 is a key component of NuRD, a multi-subunit-complex composed of chromatin-remodelling-factors. NuRD complex regulate chromatin structure and promote transcriptional repression via its intrinsic nucleosome remodeling and histone deacetylation activities. Upon silencing of Mbd3, which ubiquitously expressed in all somatic cells, the elimination of the transcriptional repression leads deletion of epigenetic memory, represents a significant approach for reprogramming. Exosomes, act as a mediator of intercellular communication. ESC-derived-exosomes were shown to transfer microRNAs, mRNAs regulating and encoding several pluripotency transcription factors, respectively. In the present study, we aimed to investigate the impact of the exosomes derived from ESCs on the capacity for reprogramming of fibroblasts into pluripotent state. Method: Exosomes were isolated from mESCs by ultracentrifugation following the culture of 2 days. To eliminate effects of feeder layer cells and serum, ESCs cultured on feeder-free Nunclon-Vita-Surface culture plates. Human fibroblasts were modified by shRNA-mediated MBD3-knockdown under the control of Tet-On-system. Following the MBD3 silencing, fibroblasts were co-cutured with exosomes, and exosome transfer were characterized by PKH26-staining of exosomes. The effect of exosomes on fibroblasts was determined by gene expression analyses of pluripotency factors. Results: MBD3-silenced cells showed enhanced cell proliferation and increased stemness character. The considerable change in the gene expression profile was observed in the MBD3-silenced cell line after the exosome application. The expression of Nanog,Oct4 and Sox2 were observed 2300, 1600 and 470 times compared to fibroblast cells, respectively, while proto-oncogene c-Myc expression down-regulated related with exosome treatment. Conclusion: The complete differentiation into ESC-like cells was not observed even in the epigenetically modified and exosome transferred-cell-line. But pluripotent factors were improved significantly after the co-culture with the exosomes. In this thesis, the use of ESC-derived exosomes were shown to be used in reprogramming studies. Key words: Embriyonic stem cells, Mbd3, reporgramming, exosomes, knockdown, Tet-On system, shRNA, gene silencing.