Cell surface localization and expression of cell surface receptor integrin alpha5/beta1 during proliferation and neural differentiation of human bone marrow mesenchymal stem cells (hMSCs)

Abstract

İntegrinler, hücre yüzey reseptörleri olmakla birlikte hücre çoğalması, hücre hareketi, hücre farklılaşması gibi önemli hücre olaylarında, çeşitli sinyal yollarının uyarılmasına ve bu olayların yönlendirilmesine katkı sağlamaktadır. Hücre farklılaşmasında multipotent özelliğe sahip olan yetişkin hücre tiplerinden Mezenkimal Kök Hücreler (MKH) ile yapılan çalışmalarda, integrinlerin bu hücresel olaylarda kompleks etkileri saptanmıştır. İnsan MKH, dokularda meydana gelen tahribatı tamir edici ve yeni doku oluşumundaki fonksiyonlarından dolayı doku mühendisliğinde başvurulan potansiyel kaynaklardan birisi olmuştur. Farklılaşmada hedeflenen nöron hücreleri, diğer vücut hücrelerine kıyasla doku yenilenmesi düşük hücrelerdir. Bu nedenle, kök hücreleri sinir dokusu eldesinde çok önemli bir kaynaktır ve kemik iliği MKH'leri ise bu kaynağın önemli bir kısmını oluşturur. Bu çalışmada, insan MKH'den spesifik farklılaşma faktörleri kullanılarak çeşitli in vitro nöron oluşum protokolleri uygulanmış ve farklı olgunlaşma basamağında nöron hücreleri elde edilmiştir. Morfolojik bulguların yanında kültür ortamında elde edilen nöronlar NSE, ßIII Tubulin, NF, GFAP gibi, bu hücrelerde ifade edilen markerlar immunofloresan boyama yöntemiyle işaretlenmiş ve farklılaşmanın gerçekleştiği gösterilmiştir. Nöron eldesinde kullanılan protokollerin karşılaştırılması yapılarak en etkili yöntemin optimizasyonu sağlanmıştır. İnsan MKH-nöron farklılaşması sürecinde, hücre yüzeyi adezyon moleküllerinin önemi büyüktür. Farklılaşma gibi hücresel olayların regülasyonunda önemli bir integrin çeşidi olan ?5ß1'in, MKH'lerin nöral farklılaşmasındaki ifade edilme düzeyleri ve hücre yüzeyindeki lokalizasyonu incelenmiş olup, bu süreçte sitoplazmik proteinlerden aktin ve ekstraselüler matriks proteinlerinden fibronektin ile ilişkisi tespit edilmiştir. Elde edilen bulgular, MKH'lerde nöral farklılaşma ile birlikte ilk günden itibaren integrin ?5ß1 ekspresyonunun arttığını ve in vitro farklılaşmanın tamamlandığı düşünülen 14. güne yaklaştıkça ekpresyon hızının azaldığını göstermiştir. İntegrin ?5ß1'in özgün olarak tutunduğu matriks yapılarından fibronektin ile bağlantısının farklılaşmayı tetiklediği ve hücre içi uzantısının sağlandığı aktin filemanları ile koordineli olarak farklılaşmada rol aldığı saptanmıştır. Sonuç olarak, MKH'lerin nöral farklılaşması sürecinde integrin ?5ß1'in moleküler düzeyde bir rol üstlendiği gösterilmiştir.

Integrins are transmembrane receptors that act in cellular processes such as cell proliferation, cell motility and cell differentiation related to stimulation of signal pathways and regulation of cellular events. The complex effect of integrins was detected in these cellular processes by the studies with one of the multipotent adult cell types, Mesenchymal Stem Cells (MSCs). Since they were defined as typical sources for tissue repair and regeneration, human MSCs (hMSCs) are one of the potential candidates leading to tissue engineering approaches. Neurons have less ability in tissue regeneration as they are compared to other cell types. Therefore, stem cells became crucial origins in derivation of neurons and bone marrow MSCs are one of those key stem cell populations. In this study, various induction protocols composed of dissimilar factors were applied in order to afford neural differentiation in vitro and neurons at distinct stages of neural maturation were arised. Beside apparent morphological modifications, neuronal existance was revealed by use of immunofluorescence staining of neuron spesific markers such as NSE, ßIII Tubulin and NF, GFAP which are known as widely expressed in neurons. In addition to that, neuron induction methods were eliminated according to their efficiency due to optimize the best one among applied protocols. Since cell adhesion molecules have a main contribution to neural differentiation of hMSCs cell surface localization and expression of integrin ?5ß1, which is one of the fundamental moderator proteins in regulation of cellular events, were detected during proliferation and neural differentiation of hMSCs. On the other hand, extracellular ligand binding through fibronectin and cytoskeletal interaction with actin filaments were investigated within this period. Accumulated data concluded that integrin ?5ß1 expressions were upregulated begining from the first day as hMSCs undergone neural differentiation whereas decreasing in expression levels occurs towards the 14th day, at which in vitro neural differentiation of MSCs is deemed as terminated. Moreover, fibronectin binding and interaction with the actin skeleton effectively facilitate integrin ?5ß1 participation in neural differentiation of hMSCs. Accordingly, our outcomes denoted that integrin ?5ß1 has a role at molecular basis throughout the period of neural differentiation of hMSCs.